锆基陶瓷/SiC纳米线改性SiC涂层的氧化行为研究

发布时间：2022-10-31 19:30

　　碳/碳（C/C）复合材料的氧化敏感性是制约其作为高温结构材料使用的瓶颈问题,抗氧化涂层是解决该问题的有效手段,而SiC涂层是目前最常用的抗氧化涂层体系之一。由于不同的制备工艺和改性剂对SiC涂层的氧化行为影响很大,因此有必要对其展开系统研究,以期充分发挥SiC基涂层的应用潜力。本文以提高C/C复合材料SiC涂层的抗氧化性能为目的,系统研究了不同制备方法（包埋和化学气相沉积）和改性剂（ZrB₂一元陶瓷、ZrB₂/ZrC二元陶瓷和SiC纳米线）对SiC涂层微观结构和氧化行为的影响。采用XRD、SEM、TEM、HRTEM、SAED、EDS、三点弯曲、划痕等测试手段对涂层的相组成、微观结构、元素分布、力学性能等进行了表征;考察了涂层在多种氧化环境（高温静态空气、宽温域、热循环、不同氧分压）下的防护能力,观察相应氧化环境中的微结构演变过程,分析涂层的抗氧化机理和失效原因。主要研究内容和结果如下:采用包埋（Pack Cementation,PC）和化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition,CVD）法在C/C复合材料表面制备了SiC... 

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
论文的主要创新与贡献
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 C/C复合材料的氧化及抗氧化方法
        1.2.1 C/C复合材料的氧化
        1.2.2 C/C复合材料的抗氧化方法
    1.3 C/C复合材料SiC涂层的制备方法
        1.3.1 CVD法制备SiC涂层
        1.3.2 PC法制备SiC涂层
    1.4 超高温陶瓷的制备及研究现状
        1.4.1 ZrB_2超高温陶瓷
        1.4.2 ZrC超高温陶瓷
    1.5 超高温陶瓷改性SiC涂层的研究现状
    1.6 超高温陶瓷的氧化行为
        1.6.1 SiC、ZrB_2和ZrC陶瓷的氧化行为
        1.6.2 SiC/ZrB_2二元陶瓷的氧化行为
        1.6.3 SiC/ZrB_2/ZrC三元陶瓷的氧化行为
    1.7 SiC纳米线在复合材料及涂层中的应用
    1.8 选题背景及研究内容
        1.8.1 选题背景
        1.8.2 研究内容
第2章 实验原理及方法
    2.1 引言
    2.2 实验原理
    2.3 实验原材料
    2.4 实验方法
        2.4.1 CVD法制备SiC涂层
        2.4.2 PC法制备SiC及ZrB_2、ZrC改性SiC涂层
        2.4.3 SiC纳米线多孔层的制备工艺
    2.5 性能测试
        2.5.1 涂层试样氧化性能测试
        2.5.2 涂层试样弯曲性能测试
        2.5.3 涂层试样结合强度测试
    2.6 表征方法
        2.6.1 X射线衍射
        2.6.2 扫描电子显微镜
        2.6.3 透射电子显微镜
    2.7 本章小结
第3章 PC和CVD法制备SiC涂层的氧化行为研究
    3.1 引言
    3.2 PC和CVD法制备SiC涂层的微观结构
    3.3 PC和CVD法制备SiC涂层的氧化行为及结构演变
    3.4 PC和CVD法制备SiC涂层的结合力表征
    3.5 SiC涂层抗氧化性能的影响因素
        3.5.1 SiO_2玻璃膜对裂纹的愈合作用
        3.5.2 SiC涂层与C/C复合材料的界面结合
    3.6 本章小结
第4章 SiC-ZrB_2涂层的制备及氧化行为研究
    4.1 引言
    4.2 SiC-ZrB_2涂层试样的制备
    4.3 SiC-ZrB_2涂层试样的微观结构
    4.4 SiC-ZrB_2涂层试样空气环境下的氧化行为
        4.4.1 1500℃持久氧化行为
        4.4.2 “200-1500℃”宽温域氧化行为
        4.4.3 “室温(?)1500℃”热震循环氧化行为
    4.5 SiC-ZrB_2陶瓷片的氧化形貌演变及氧化失效机制
        4.5.1 SiC-ZrB_2陶瓷片的氧化形貌演变
        4.5.2 SiC-ZrB_2陶瓷片氧化后层状结构的形成机理
        4.5.3 SiC-ZrB_2陶瓷片的氧化失效机制
    4.6 氧分压对SiC-ZrB_2涂层试样氧化行为的影响
    4.7 本章小结
第5章 SiC-ZrB_2-ZrC涂层的制备及氧化行为研究
    5.1 引言
    5.2 SiC-ZrB_2-ZrC涂层试样的制备
    5.3 SiC-ZrB_2-ZrC涂层试样的微观结构
    5.4 SiC-ZrB_2-ZrC涂层试样空气环境下的氧化行为
        5.4.1 1400 ℃持久氧化行为
        5.4.2 900 ℃、1200℃和1500℃不同温度氧化行为
    5.5 氧分压对SiC-ZrB_2-ZrC涂层试样氧化行为的影响
        5.5.1 SiC-ZrB_2-ZrC涂层试样不同氧分压环境下的抗氧化性能
        5.5.2 SiC-ZrB_2-ZrC涂层试样不同氧分压环境下的氧化形貌
        5.5.3 单相SiC、ZrB_2、ZrC不同氧分压环境下的氧化形貌
    5.6 本章小结
第6章 SiC纳米线改性SiC-ZrB_2-ZrC涂层的制备及氧化行为研究
    6.1 引言
    6.2 SiC纳米线改性SiC-ZrB_2-ZrC涂层的制备及微观结构
        6.2.1 SiC纳米线改性SiC-ZrB_2-ZrC涂层的制备
        6.2.2 SiC纳米线改性SiC-ZrB_2-ZrC涂层的微观结构
    6.3 SiC纳米线改性SiC-ZrB_2-ZrC涂层的氧化行为
        6.3.1 1500℃持久氧化行为
        6.3.2 “室温(?)1500℃”热震循环氧化行为
    6.4 SiC纳米线在涂层中的增韧机制
    6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]原位反应法制备硼化物改性硅基超高温陶瓷涂层研究[D]. 任宣儒.西北工业大学 2015
[2]化学气相沉积SiC和ZrC涂层的制备及抗烧蚀性能[D]. 王少龙.西北工业大学 2015
[3]原位一体化制备棒晶增韧陶瓷刀具及其磨损可靠性研究[D]. 徐亮.山东大学 2013
[4]SiC晶须增韧硅化物及SiC/玻璃高温防氧化涂层的研究[D]. 付前刚.西北工业大学 2007
[5]碳/碳复合材料多重环境下的氧化机理研究[D]. 李龙.西北工业大学 2005

硕士论文
[1]ZrB2和SiC在高温低氧压下氧化的原位研究[D]. 赵光辉.浙江大学 2014



本文编号：3699583