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等离子喷涂制备ZrB2-MoSi2复合涂层及其抗氧化性能

时间:2019-12-13 16:08:05  来源:  作者:

 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。等离子喷涂法是一种利用等离子焰流将原料粉末加热至熔融或半熔融状态, 然后高速喷射到基体表面形成涂层的制备方法。该方法具有效率高、尺寸精度可控、涂层厚度均匀、且对基体热损伤小等一系列优点, 非常适合于制备耐高温抗氧化涂层。涂覆有ZrB2-MoSi2复合涂层的C/C复合材料在1500℃氧化过程中的质量变化曲线, 可以看出三种不同MoSi2 含量的ZrB2-MoSi2复合涂层保护的C/C 复合材料在氧化过程中质量变化都表现出先增重后失重。但是涂覆有ZrB2-40wt%MoSi2涂层的C/C复合材料试样氧化5h还表现为增重, 且氧化9h后失重率仅为1.7%,呈现出良好的抗高温氧化性能。ZrB2-40wt%MoSi2涂层表面比较光滑,含有少量ZrO2,且形成了一层带有龟裂纹的玻璃态SiO2,这些龟裂纹是涂层在降温过程中应力释放造成的, 在高温下会重新愈合,因此表现出良好的抗氧化性能。ZrB2-50wt%MoSi2涂层表面呈现出在玻璃态SiO2中间镶嵌大量的ZrSiO4颗粒的结构, 这主要是因为ZM50涂层中MoSi2含量过高, 高温下生成大量的SiO2,达到了反应发生所需的SiO2含量条件, 从而生成大量ZrSiO4,但此过程消耗了涂层中的SiO2,因此虽然ZM50涂层含有大量的硅元素, 但没有形成类似于ZM40涂层中的连续致密的SiO2玻璃层,封孔作用不明显,同时由于大量的MoSi2在氧化过程中生成气态的MoO3使涂层内应力增大,所以ZM50涂层的抗高温氧化性能较差。

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