抗高溫濕氧腐蝕La2Zr2O7涂層的制備及性能研究.pdf

1、C/SiC復(fù)合材料在空間推進(jìn)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，綠色低冰點(diǎn)推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)由于其高效、無(wú)毒的特點(diǎn)成為空間推進(jìn)的重要發(fā)展方向，綠色低冰點(diǎn)推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)物溫度超過(guò)1400℃，富含70％以上的水汽，C/SiC復(fù)合材料在應(yīng)用過(guò)程中將面臨嚴(yán)重的高溫濕氧腐蝕；論文在綜述 C/SiC復(fù)合材料高溫濕氧腐蝕機(jī)理及防護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出以電泳沉積（EPD）工藝在 C/SiC基材表面制備燒綠石型La2Zr2O7（LZO）抗高溫濕氧腐蝕涂層思路，擬改善C/SiC

2、復(fù)合材料的抗高溫濕氧腐蝕性能；論文對(duì)LZO粉體進(jìn)行了摻雜改性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了LZO懸浮液體系，研究了涂層的EPD沉積工藝及高溫?zé)Y(jié)工藝，表征了LZO涂層的本征性能及抗高溫濕氧腐蝕等性能。
　　在燒綠石結(jié)構(gòu)粉體易于摻雜改性的理論基礎(chǔ)上，采用摻雜Y2O3的方法對(duì)LZO粉體進(jìn)行再造粒處理，有效降低了 LZO粉體的熱膨脹系數(shù)，當(dāng)摻雜的 Y2O3含量為 LZO粉體的15%時(shí)， LZO粉體的熱膨脹系數(shù)可由8.91~9.1×10-6K-1降低至2~

3、4×10-6K-1，與C/SiC基材的膨脹系數(shù)相當(dāng)，一定程度上解決了涂層與基體的熱失配問(wèn)題。
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)了EPD用LZO懸浮液體系，采用球磨工藝對(duì)預(yù)制的LZO粉體進(jìn)行預(yù)處理，得到適用于EPD的亞微米級(jí)粉體，當(dāng)球磨時(shí)間為24h時(shí)，粉體顆粒平均顆粒粒徑最小且分布范圍較為集中。以乙醇為分散介質(zhì)，以單質(zhì) I2為荷電劑，以聚乙烯醇縮丁醛（PVB）為粘結(jié)劑，且當(dāng) I2的質(zhì)量為 LZO粉體質(zhì)量的4%，PVB含量為乙醇質(zhì)量的0.2‰時(shí)，制得的

4、LZO懸浮液體系穩(wěn)定性最好，電導(dǎo)率最高，在此基礎(chǔ)上制備的LZO沉積層表平整、致密、無(wú)明顯缺陷。
　　系統(tǒng)研究了LZO涂層的EPD沉積工藝和燒結(jié)工藝，對(duì)LZO的沉積機(jī)理進(jìn)行了探討。研究表明，當(dāng)以恒壓電泳沉積LZO涂層時(shí)，沉積層的厚度受到限制，難以獲得具有理想厚度，且均勻結(jié)合良好的LZO沉積層。采用恒流電泳沉積時(shí)，由于單位時(shí)間內(nèi)沉積的帶電粒子數(shù)目不變，沉積速率在一定時(shí)間范圍內(nèi)恒定，當(dāng)電流密度為1mA/cm2，沉積基材間距為2cm時(shí)，懸

5、浮液中粒徑較小的LZO顆粒可充分填補(bǔ)大顆粒間的空隙，得到沉積層微觀形貌平整、致密、無(wú)缺陷。1300℃為涂層最佳燒結(jié)溫度，燒結(jié)所得LZO涂層相對(duì)密度為50.37%，與C/SiC基材的結(jié)合強(qiáng)度為0.806MPa，涂覆LZO涂層后，C/SiC基材的熱導(dǎo)率可小幅降低。
　　研究了C/SiC基板沉積LZO涂層的抗熱震及抗高溫濕氧腐蝕性能。樣品經(jīng)空氣環(huán)境1200℃-RT熱震十次后，涂層出現(xiàn)局部脫落，有涂層保護(hù)的 C/SiC復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度保留