等离子喷涂制备ZrB2-MoSi2复合涂层及其抗氧化性能

 碳纤维增强碳基体复合材料(C/C复合材料)具有高比模量、高比强度、高温力学性能好、尺寸稳定性好等一系列优异性能, 尤其是其强度随温度升高不降反升, 特别适合在物理、化学、力学稳定性且可靠性要求极高的高温及超高温环境下使用。但是C/C复合材料在氧化气氛中极易氧化, 从而导致其失效, 因此, 必须解决C/C复合材料的氧化问题。目前, 提高C/C复合材料抗氧化能力最重要的方法是在C/C复合材料基体上制备硅化物、碳化物、硼化物等复合涂层。据研究, ZrB₂(熔点为3040℃)具有高的热导率和良好的抗热震性能, 其氧化后生成的ZrO₂熔点高达2690℃, 是一种典型的热障材料, 可在高温环境下使用；MoSi₂氧化生成物之一SiO₂，在高温下具有流动性, 可以起到封填裂纹和孔洞的作用, 同时SiO₂可以阻止氧向基体扩散, 从而表现出优异的高温抗氧化性能。因此, 很多研究者采用包埋法、涮涂法、CVD法等在C/C复合材料表面制备ZrB₂/MoSi₂涂层。但是上述方法都属于高温制备方法, 对C/C复合材料基体热损伤较大, 并且涂层还有厚度不均匀, 效率低等缺点。利用ZrB₂-MoSi₂球形团聚粉末制备的ZrB₂-MoSi₂涂层, 结构均匀致密, 且与C/C复合材料基体之间结合强度达到7.2 MPa。团聚粉末制备的ZrB₂-MoSi₂涂层具有良好的抗高温氧化性能, 其中涂覆有ZrB₂-40wt%MoSi₂涂层的C/C复合材料试样经1500℃静态氧化9h后失重率仅为1.7%。ZrB₂-MoSi₂复合涂层体系中，MoSi₂的含量过高或过低都会降低涂层的抗高温氧化性能，这是由于MoSi₂的含量过低, 会造成生成的SiO₂过少,无法完全封填裂纹或者孔洞，从而使涂层失效；MoSi₂的含量过高，又会生成过量的SiO₂，容易使SiO₂和ZrO₂发生反应生成ZrSiO₄，进而消耗大量Si，使涂层中无法形成连续的SiO₂玻璃层以阻止基体氧化。

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