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RCLD法制备碳表面Si化物涂层的研究

作　者: 朱云虎
导　师: 耿浩然
学　校: 济南大学
专　业: 材料学
关键词: 化学液相沉积法 C/Si化物复合材料抗氧化涂层
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

碳材料具有优良的耐化学腐蚀、耐热、良好的导热性、低电阻率、抗辐射、导热、降噪、减震等一系列力学和电学性能,已成为目前国际上新型技术研究领域中重点开发和研究的一种新材料,被广泛应用于国防军事、航空航天等尖端领域及医疗、交通以及器械等民用领域。但是碳材料在高温下非常容易被氧化,导致其各项性能下降。因此,对碳材料的抗氧化研究具有重要的意义。快速制备工艺与结构性能的关系是决定C/Si化物复合材料研究及发展的关键因素。本研究采用煤油为碳源、正硅酸乙酯为硅原,根据快速化学液相沉积工艺在不同实验条件下制备C/Si化物复合材料。本文以理论分析与工艺试验为基础,结合材料的微观表征、致密化机理、抗氧化性能,对制备C/Si化物复合材料的工艺参数进行了系统研究。主要研究内容和结果如下:（1）研究了预制体的表面处理、预制体的直径、电压电流、保温时间等工艺参数对复合材料微观结构的影响。表面处理后制备的Si化物涂层与预制体之间结合紧密,形成良好的梯度过渡。直径为7mm的预制体制备的Si化物层与基体结合良好,涂层内无明显缺陷。随着电压电流的增大,涂层表面的颗粒越大,在电压、电流分别为54V、86A时得到的Si化物涂层颗粒排列致密,表面光滑。保温时间为3h,制备的涂层厚度在120μm左右。制备的Si化物涂层经XRD分析可知,涂层内同时存在SiC及无定形态的SiO₂。（2）探讨了快速化学液相沉积工艺的机理,分析表明:置于在液态前躯体内的预制体,在制备涂层过程中存在的由内而外的温度梯度及连续的浓度梯度,是快速制备复合材料的关键,同时,沉积过程是化学动力控制机制和扩散相互转变的过程,并通过作图模拟了沉积界面。（3）通过分析表明,氧气分子在沉积层表面裂纹以及沉积缺陷内的扩散均属于混合型扩散。用质量损失率表征C/Si化物复合材料的氧化行为。随着温度的升高,复合材料的氧化质量损失逐渐升高。抗氧化性能测试表明,C/Si化物复合材料在900℃下静态空气中氧化10h后质量损失率仅为15.4%。（4）研究了C/Si化物复合材料的氧化行为、氧化模式和氧化机理。C/Si化物复合材料的氧化行为受涂层内的裂纹和沉积缺陷控制。在400℃～700℃内,C/Si化物复合材料的氧化速度由C-O2的反应控制。在700℃～900℃内,氧化速度由氧通过沉积缺陷和涂层内的微裂纹控制。温度在900℃～1200之间,氧化速度由氧通过沉积缺陷的扩散控制。在1200℃以上,氧化速度由于涂层表面产生的气泡急剧加快。

RCLD法制备碳表面Si化物涂层的研究

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