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涂料常识:新型含硅高分子(2)
2016-08-22  浏览:17
涂料之家讯:二C/C复合材料的抗氧化

经过上述对C/C复合材料抗氧化弱区的分析可知,作为碳材料已使其先天不抗氧化,即使通过优化组织,结构和工艺条件可一定程度改善C/C复合材料的缺陷从而改善其抗氧化能力,但此种抗氧化的效果却极为有限。最为有效的方法是将C/C复合材料用抗氧化物质保护起来使氧化气氛难于与C/C复合材料直接接触,或在材料内部加入抑制碳材料氧化的改性剂,从而起到抗氧化的目的。

1. C/C复合材料的抗氧化思路

具体的抗氧化方法有三种:碳纤维表面涂覆抗氧化涂层;C/C复合材料整体外涂层;C/C复合材料基体改性。

氧化物陶瓷或非氧化物陶瓷材料被用于制备C/C复合材料的涂层或加入碳基体中充当抑制剂,其抗氧化机理可简单描述如下:

1)隔离碳材料表面的氧化活性点;

2)非氧化物陶瓷在高温氧化气氛下,与O2反应生成氧化物陶瓷,氧化物陶瓷在高温下具有流动性,能封填在高温下涂层形成的裂纹,从而阻止氧化气氛的渗入,保护内部的碳材料;

2.作为抗氧化性物质应具备的性能

用作C/C复合材料抗氧化涂层或基体改性剂的陶瓷材料应具备如下性能:

1)与C/C复合材料良好的化学相容性,即可在C/C复合材料基材上形成牢固的涂层。

2)热膨胀系数与C/C复合材料接近,以防止高温下涂层材料形成裂纹而成为氧化气氛的扩散通道,热膨胀系数不匹配产生的最为严重的情况是涂层完全剥离,使C/C复合材料暴露于氧化性气氛下。

3)高熔点。若熔点低则在高温下易于挥发。

4)高温下蒸气压小,以防止高温下挥发。

5)低的氧扩散速率,阻止氧渗透,减少基材的氧化。

6)作为玻璃涂层,在高温下应有合适的粘度和浸润性。粘度过大不能有效封填裂纹,粘度过小易于流失,均不能有效封闭裂纹,阻塞氧化气氛通道。

7)较大的硬度,以防止受高速粒子冲刷而剥离。

对陶瓷材料的热膨胀系数、高温下的蒸气压、氧扩散速率等性能进行了总结(见图9.3、图9.4、图9.5):

表1.1为各种陶瓷材料的密度等性能[33,34]

表1.1陶瓷材料的性能

材料

密度

熔点

硬度

结晶形态

单位

g/cm3



N/mm2



SiO2

2.32

1710





ZrO2

6.1

2650





BeO

3.03

2520





ThO2

10.01

3300





Al2O3

3.97

2015





β-SiC

3.21

2100

(转化)

24990

立方

α-SiC

3.21

2500(分解)

29400

六方

B4C

2.51

2450

27440~48510

六方

TiC

4.94

3067



立方

ZrC

6.44

3420

25480

立方

HfC

12.20

3887

22540

立方

BN

2.27

3000



六方或菱形六面体

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