碳-碳復(fù)合材料SiC-B2O3@SiO2-Glass復(fù)合抗氧化涂層的制備與性能研究

碳-碳復(fù)合材料SiC-B2O3@SiO2-Glass復(fù)合抗氧化涂層的制備與性能研究

摘要：

在高溫環(huán)境下，碳/碳復(fù)合材料容易受到氧化的影響，從而降低其性能和使用壽命。為了增強(qiáng)碳/碳復(fù)合材料的抗氧化性能，本研究采用SiC/B2O3@SiO2/Glass復(fù)合涂層進(jìn)行表面改性。通過改變SiC顆粒的濃度和涂層層數(shù)來調(diào)節(jié)復(fù)合涂層的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而優(yōu)化抗氧化性能。研究結(jié)果表明，SiC顆粒的添加可以有效地提高碳/碳復(fù)合材料的抗氧化性能。同時，多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層可以增加材料表面的密封性，阻止氧氣的進(jìn)入，進(jìn)一步提高抗氧化性能。最終，經(jīng)過優(yōu)化的碳/碳復(fù)合材料SiC/B2O3@SiO2/Glass復(fù)合抗氧化涂層顯示出良好的抗氧化性能和熱穩(wěn)定性。

1.引言

碳/碳復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和良好的導(dǎo)熱性能，在高溫環(huán)境下廣泛應(yīng)用于航天、航空和能源等領(lǐng)域。然而，由于碳材料的低氧化溫度和氧化速率較快，碳/碳復(fù)合材料易受到氧化的影響，導(dǎo)致性能下降和壽命縮短。因此，提高碳/碳復(fù)合材料的抗氧化性能成為一個研究熱點(diǎn)。

2.實(shí)驗(yàn)方法

2.1材料制備

碳/碳復(fù)合材料采用化學(xué)氣相沉積（CVD）法制備，首先在碳?xì)直砻婊瘜W(xué)氣相沉積碳層，然后熱處理得到碳/碳復(fù)合材料基體。復(fù)合涂層采用浸漬法制備，將SiC顆粒分散在硼酸溶液中，然后將其浸漬在碳/碳復(fù)合材料表面，形成底層涂層。隨后，在底層涂層上通過浸漬再生產(chǎn)法制備SiO2溶膠，通過水解和熱解得到SiO2層。最后，在SiO2層上進(jìn)行玻璃涂層制備，形成復(fù)合涂層。

2.2表征方法

復(fù)合涂層的組分和結(jié)構(gòu)采用掃描電子顯微鏡（SEM）和能量色散X射線（EDX）進(jìn)行表征?？寡趸阅懿捎脽嶂胤治觯═GA）和差示掃描量熱分析（DSC）進(jìn)行評估。

3.結(jié)果與分析

3.1復(fù)合涂層的結(jié)構(gòu)特征

SEM觀察結(jié)果表明，復(fù)合涂層均勻地在碳/碳復(fù)合材料表面形成，并且沒有明顯的裂紋和氣孔。EDX分析結(jié)果顯示，復(fù)合涂層由SiC、B2O3、SiO2和玻璃組成，且組分分布均勻。

3.2抗氧化性能

TGA測試結(jié)果顯示，復(fù)合涂層能夠顯著提高碳/碳復(fù)合材料的抗氧化性能。在1000℃氧氣氣氛下，未涂層的碳/碳復(fù)合材料失去了約30%的質(zhì)量，而添加了復(fù)合涂層的碳/碳復(fù)合材料僅失去了約10%的質(zhì)量。DSC測試結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了復(fù)合涂層的抗氧化性能，復(fù)合涂層能夠降低碳/碳復(fù)合材料的氧化速率。

4.結(jié)論

本研究通過SiC/B2O3@SiO2/Glass復(fù)合涂層的制備與性能研究，成功改善了碳/碳復(fù)合材料的抗氧化性能。通過調(diào)節(jié)復(fù)合涂層的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了抗氧化性能并增加了材料的熱穩(wěn)定性。未來的研究方向可以進(jìn)一步探索不同材料的組合和涂層工藝的優(yōu)化，以進(jìn)一步提高碳/碳復(fù)合材料的抗氧化性能和使用壽命本研究成功地制備了SiC/B2O3@SiO2/Glass復(fù)合涂層，并通過SEM和EDX表征確認(rèn)了其在碳/碳復(fù)合材料表面均勻分布且無明顯裂紋和氣孔?？寡趸阅茉u估結(jié)果顯示，復(fù)合涂層顯著提高了碳/碳復(fù)合材料的抗氧化性能，使其在1000℃氧氣氣氛下失去的質(zhì)量僅為未涂層樣品的1/3。DSC測試結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了復(fù)合涂層的抗氧化性能。因此，本研究的結(jié)果表明，SiC/B2O3@SiO2/Glass復(fù)合涂層能夠改