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SiC和SiC/ZSO复合涂层的氧化与红外发射率特性初探

作　者: 李杨
导　师: 肖鹏
学　校: 中南大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: C/C复合材料 抗氧化性能 包埋法(PC) SiC涂层 SiC/ZSO涂层 红外发射率
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


炭/炭复合材料是一种极具前景的高温吸波材料,为提高其高温下的抗氧化性能并降低其红外发射率,本文设计制备了SiC/ZSO复合涂层,并采用XRD、SEM、EDS等检测方法研究了涂层的成分与微观结构涂层的抗氧化性能及氧化机理,并测试分析了炭/炭复合材料、SiC涂层、SiC/ZSO复合涂层在不同温度下的红外发射率,并探讨了不同晶粒结构对SiC涂层红外发射率的影响。主要研究内容和结论如下：(1)研究了气相反应法(CVR)和化学气相沉积法(CVD)制备的单一SiC涂层结构和氧化性能。结果表明：CVR、CVD法制备的单一SiC涂层有一定的抗氧化保护作用,但涂层中存在裂纹和孔洞等缺陷,在1500℃涂层不能形成完整连续的Si02膜来阻挡氧的侵入,其抗氧化性能有限,在短时间(分别为8h、10h)快速失重。因此CVR、CVD制备的单一SiC涂层不能有效的长时间抗氧化保护。(2)研究了包埋法(PC)法制备的SiC涂层结构与抗氧化性能,以及氧化过程涂层结构变化、失效模式。PC法SiC涂层在650-1050℃时无法为炭材料提供有效保护,而SiC涂层试样在1500℃氧化40h后仍增重,55h后失重率仅为0.5%。氧化过程中,涂层内部大气泡迁移至涂层表面后破裂形成的大孔洞逐渐引起贯通缺陷生成,导致涂层失效。(3)研究了SiC/ZSO复合涂层的组成、结构及抗氧化性能、及复合涂层的抗氧化机理。结果表明：SiC/ZSO复合涂层具有良好的抗氧化性能,在1500℃经历198h的氧化后,试样仍增重3%左右。SiC/ZSO复合涂层不仅能自愈合外涂层中缺陷和裂纹,而且能抑制SiC内涂层氧化过程中大气泡的迁移,避免在涂层表面产生贯通缺陷。(4)初步探讨了CVD法、PC法制备的不同结构SiC涂层对红外发射率的影响,结果表明：米氏散射是其重要影响因素。(5)初步探讨了C/C复合材料、SiC涂层、SiC/ZSO复合涂层在不同温度下的红外发射率,随温度升高,红外发射率均呈现不同幅度下降。图43幅,表7个,参考文献79篇

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-27
  1.1 引言  10-11
  1.2 红外隐身的概述  11-12
    1.2.1 红外隐身的意义  11
    1.2.2 外隐身的主要波段  11-12
  1.3 外隐身的原理与技术途径  12-14
    1.3.1 红外隐身的原理  12
    1.3.2 红外隐身的技术途径  12-14
  1.4 发射率的相关理论  14-16
    1.4.1 发射率的定义与分类  14-15
    1.4.2 发射率的影响因素  15
    1.4.3 外发射率的测试原理  15-16
  1.5 低发射率涂层研究现状及发展趋势  16-18
    1.5.1 低发射率涂层的研究现状  16-17
    1.5.2 低发射率涂层的发展趋势  17-18
  1.6 炭/炭复合材料抗氧化涂层  18-23
    1.6.1 抗氧化涂层材料的选择  18-21
    1.6.2 抗氧化涂层体系  21-23
  1.7 抗氧化涂层的制备方法  23-25
    1.7.1 化学气相沉积  23-24
    1.7.2 物理气体沉积  24
    1.7.3 刷涂法  24-25
    1.7.4 溶胶-凝胶法  25
    1.7.5 包埋法  25
  1.8 本论文的主要研究思路和研究内容  25-26
  1.9 本论文在学术方面的创新和预期成果  26-27
2 实验方法  27-34
  2.1 实验材料  27
  2.2 实验设备  27-30
    2.2.1 真空碳管烧结炉  27-28
    2.2.2 CVD设备  28-29
    2.2.3 管式氧化炉  29-30
  2.3 实验方法  30-31
    2.3.1 包埋法(PC)制备SiC涂层  30
    2.3.2 化学气相反应法(CVR)制备SiC涂层  30
    2.3.3 CVD法制备SiC涂层  30-31
    2.3.4 SiC/ZSO复合涂层的制备  31
  2.4 涂层的表征及性能检测  31-34
    2.4.1 X射线衍射(XRD)分析  31
    2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析  31
    2.4.3 热分析  31
    2.4.4 涂层红外发射率分析  31-32
    2.4.5 抗氧化性能检测  32-34
3 SiC涂层的制备及抗氧化性能研究  34-52
  3.1 引言  34
  3.2 SiC涂层的组成  34-35
  3.3 SiC涂层的形貌结构显微结构  35-37
  3.4 SiC涂层1500℃下静态空气的抗氧化性能  37-38
  3.5 SiC涂层1500℃恒温氧化过程中的结构演变及失效  38-49
    3.5.1 SiC涂层第1氧化阶段  40-45
    3.5.2 SiC涂层第2氧化阶段  45-46
    3.5.3 SiC涂层第3氧化阶段  46-48
    3.5.4 SiC涂层1500℃下的恒温氧化失效分析  48-49
  3.6 PC法SiC涂层变温氧化  49-51
  3.7 小结  51-52
4 SiC/ZSO复合涂层抗氧化性能研究  52-58
  4.1 引言  52
  4.2 SiC/ZSO涂层1500℃下的氧化过程与结构演变  52-56
  4.3 SiC/ZSO涂层的抗氧化机理  56-57
  4.4 小结  57-58
5 SiC及SiC/ZSO涂层的红外发射率初探  58-65
  5.1 引言  58
  5.2 不同结构的SiC涂层红外发射率  58-61
  5.3 温度对红外发射率影响  61-63
  5.4 SiC/ZSO系涂层红外发射率研究展望  63-64
  5.5 小结  64-65
6 结论  65-66
参考文献  66-71
致谢  71-72
硕士期间发表的论文  72

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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