反应熔体浸渗法制备(Zr,Ti)B_2-SiC和(Zr,Hf)B_2-SiC改性CC复合材料及其抗烧蚀性能研究

反应熔体浸渗法制备(Zr,Ti)B_2-SiC和(Zr,Hf)B_2-SiC改性

C/C复合材料及其抗烧蚀性能研究

炭炭（C/C）复合材料具有优异的高温性能,然而C/C复合材料在高温有氧环境中易氧化、烧蚀,大大限制了其广泛应用,通过基体改性技术引入耐高温陶瓷是提高C/C复合材料抗烧蚀性能的有效途径。本论文首先以锆粉、钛粉为原料,采用反应熔体浸渗法制得了（Zr,Ti）C改性C/C复合材料。

在此基础上,以硼粉和硅粉为包埋粉料,采用包埋法制得了（Zr,Ti）

B2-SiC改性C/C复合材料。同时,采用反应熔体浸渍结合包埋法制备了（Zr,Hf）B2-SiC改性C/C复合材料。

采用XRD、SEM、EDS等手段对所制试样的物相组成和微观形貌进行了分析表征,对试样进行了烧蚀性能测试。研究结果及结论如下:（1）熔渗温度对（Zr,Ti）C改性C/C复合材料的抗烧蚀有显著影响。

随着熔渗温度的升高,所制试样的抗烧蚀性能呈现先上升后降低的趋势,当熔渗温度为2200oC时制备的试样具有相对较好的抗烧蚀性能,烧蚀30 s后的质量烧蚀率和线性烧蚀率分别为1.16 mg·s-1和1.06μ

m·s-1。这主要与在烧蚀过程中生成较多的ZrTiO4将ZrO2紧密粘接在一起,在试样表面形成一层连续致密的氧化物保护层有关。

（2）同时引入B和Si制备的（Zr,Ti）B2-SiC改性C/C复合材料具有相对较好的抗烧蚀性能,烧蚀120 s后,其质量烧蚀率和线性烧蚀率分别为0.74 mg·s-1和1.18μm·s-1;而单独引入B的试样在相同条件下烧蚀120 s后的质量烧蚀率和线性烧蚀率分别为2.61

mg·s-1和3.74μm·s-1,单独引入Si的试样在烧蚀120 s后的质量烧蚀率和线性烧蚀率分别为2.29 mg·s-1和4.55μ

m·s-1。同时引入B和Si的试样具有较好的抗烧蚀性能,这与其在烧蚀过程中形成一层致密的

B2O3-SiO2-ZrO2氧化物保护层有关。

（3）（Zr,Hf）B2-SiC改性C/C复合材料表现出良好的抗烧蚀性能,烧蚀120 s后,试样的质量烧蚀率和线性烧蚀率分别为0.21

mg·s-1和1.14μm·s-1。主要是因为在试样的烧蚀过程中,其表面形成了ZrO2、HfO2、ZrSiO4、SiO2和B2O3的复相氧化物层,复相氧化物层展现出优异的协同抗氧化作用,在高温高速粒子流的冲刷的有氧化环境中为

C/C复合材料提供有效保护。

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