ZrB_2-SiC梯度涂层组织结构及成分特征的研究.pdf

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1、ZrB2-SiC梯度涂层组织结构及成分特征的研究郝斐2015年6月ZrB2-SiC梯度涂层组织结构及成分特征的研究作者姓名郝斐学院名称材料学院指导教师柳彦博讲师答辩委员会主席李树奎教授申请学位工程硕士学科专业材料工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月MicrostructureandcomponentcharacterizationresearchofZrB2-SiCgradientcoatingsCandidateName：HaoFeiSchoolorDepartment:Material

2、ScienceandEngineeringFacultyMentor:Lecturer.LiuYanboChair,ThesisCommittee：Prof.LiShukuiDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MaterialEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：June，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果

3、。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要在C/C表面制备ZrB2/SiC涂层是解决其在服役过程中出现严重氧化烧蚀问题的有效途径之一。本文针对HPPS在C/C基体表面制备ZrB2/SiC梯度涂层的组织结构、成分特征开展了研究工作，并对其进行抗氧化烧蚀性能

4、考核。利用IPS对ZrB2-xSiC团聚粉末（x为体积分数，vol%）进行了致密化处理，获得了适用于HPPS工艺的粉末原料，研究了复合粉末在IPS工艺中形貌和组织结构演变机理；对ZrB2/SiC梯度涂层组织结构的形成机理进行了表征分析；为ZrB2/SiC涂层设计了对比烧蚀试验，分析了梯度结构在氧化烧蚀环境中的组织结构演变及失效机理。采用喷雾干燥法合成了具有良好球形度的ZrB2-xSiC复合陶瓷粉末，粒径均位于15~105μm之间。运用IPS工艺对粉末进行致密化处理，提高了粉末的致密度和强度。粉末性能的测定结

5、果表明，成分比例为Z8S2、Z7S3、Z6S4和Z5S5的粉末流动性依次提高了4.94%，10.5%，28%和89%；松装密度依次增加了22.6%，30%，67.2%和93%。在IPS处理过程中，ZrB2和SiC粉末颗粒之间的共熔使其微观组织结构发生改变，形成共晶组织或颗粒-熔凝组织。采用HPPS工艺在C/C基体上制备了ZrB2/SiC梯度涂层，ZrB2/SiC梯度涂层物相组成主要为ZrB2和SiC，同时存在少量的ZrO2；ZrB2/SiC梯度涂层的平均孔隙率为15.82%。采用氧-乙炔燃流（OAF）对Zr

6、B2/SiC涂层进行了对比氧化烧蚀考核。结果表明，-4ZrB2/SiC梯度结构涂层在OAF50mm处氧化烧蚀600s后，质量烧蚀率为3.89×10g/s；-3相同烧蚀条件下单层结构的Z5S5和Z8S2涂层质量烧蚀率分别为2.54×10g/s、-31.7×10g/s。ZrB2/SiC梯度涂层在OAF考核过程中形成了两种成分结构的阻氧层，外层为ZrO2阻氧层，内层为ZrO2-SiO2-SiC阻氧层，双结构阻氧层有效阻挡高温含氧气流向C/C基体内扩散并缓解了热应力，延长了C/C在高温氧化环境中的使用寿命。关键词：

7、C/C；ZrB2/SiC梯度涂层；组织结构；抗氧化烧蚀I北京理工大学硕士学位论文AbstractPreparingZrB2/SiCcoatingsisoneofeffectivemethodtoimprovetheablationresistanceofcarbon/carboncompositesinrealoperationalenvironment.Inthisthesis,themicrostructure,componentdistributionandablationpropertyofZrB2

8、/SiCgradientcoatingthatdepositedonC/Ccompositebyhighpowerplasmasprayed(HPPS)werecharacterizedandresearched.TheInductionPlasmaSpheroidization(IPS)wasselectedtosinteringtheZrB2-xSiC(xisthevolumefraction,vol%)ag