C-C復合材料HfC抗燒蝕涂層的制備、結構及性能研究.pdf

1、為提高炭/炭(C/C)復合材料的耐燒蝕性能，滿足新一代固體火箭發(fā)動機對噴管材料的要求，本文采用化學氣相沉積法(CVD)在C/C復合材料表面制備了抗燒蝕性能優(yōu)異的HfC涂層、HfC多層復合涂層和Hf(Ta)C復相涂層。
　　針對氣態(tài)輸送HfCl4計量難以精確控制的技術難點，設計和開發(fā)了一種新型送粉裝置，實現了HfCl4粉末在低壓條件下的精確輸送，為CVD-HfC涂層的微觀結構控制提供了技術保障。
　　系統研究了沉積工藝參數對H

2、fC涂層顯微組織結構的影響，探索了CVD-HfC涂層結構形態(tài)形成的基本規(guī)律，實現了CVD-HfC涂層組織結構的可控形成，獲得了三種具有典型結構特征的HfC涂層:具有等軸晶結構的HfC1型涂層、具有針狀晶組織結構的HfC T型涂層和具有柱狀晶組織結構的HfC2型涂層。
　　以HfC涂層的沉積速率和沉積均勻性為研究對象，建立了涂層沉積過程控制因素與涂層沉積均勻性的關聯性。沉積溫度、C/Hf比和氫氣濃度的增加均可加快涂層的沉積;在損耗效

3、應和邊界層阻礙效應的共同作用下，涂層沉積速率隨沉積區(qū)間的下降逐漸降低。沉積過程受表面反應控制時，HfC涂層的沉積均勻性較好;沉積過程受擴散控制時，HfC涂層的沉積均勻性稍差。
　　采用納米壓痕硬度儀研究了HfC涂層的力學性能，建立了涂層微觀組織結構與力學性能的對應關系，探討了微觀組織結構對涂層力學性能的影響機制?？紫秾е峦繉迂撦d能力降低是HfC1型涂層力學性能較低的原因;HfC2型和HfC T型涂層較高的力學性能主要得益于致密的結

4、構和緊密的組織排列。
　　利用氧乙炔焰研究了HfC涂層的抗燒蝕性能，分析了涂層微觀組織結構在燒蝕過程中的演變規(guī)律，探討了HfC涂層的燒蝕過程及燒蝕控制機制，提出了HfC涂層的超高溫燒蝕機理。單一結構HfC涂層中，HfC1型涂層的燒蝕穩(wěn)定性最好，質量燒蝕率為-0.05mg·cm-2·s-1;HfC T型和HfC2型涂層出現了開裂和部分脫落;具有多層復合結構的HfC涂層燒蝕性能優(yōu)異。HfC涂層通過隔離、消耗氧化氣氛實現對C/C基體的燒

5、蝕防護，涂層的燒蝕速率主要取決于HfC的氧化控制機制。多孔HfO2、HfCxOy和HfO2熔體的生成可使HfC氧化控制機制發(fā)生變化，隨著燒蝕的進行，HfC涂層的燒蝕率逐步降低。
　　采用化學氣相共沉積法制備了Hf(Ta)C和Hf(Zr)C復相涂層，研究了復相涂層的相組成、微觀結構和燒蝕性能。Hf(Ta)C復相涂層由HfC和HfTaC2組成，具有等軸晶結構特征。HfTaC2的形成有利于涂層在燒蝕過程中形成致密的氧化物層，涂層燒蝕過程