碳碳复合材料未来研究方向及了解抗氧化

    C /C 复合材料存在一个致命的弱点， 即在高温氧化性气氛下极易氧化。 C/C 复合材料的抗氧化涂层技术已经取得长足进展, 1 650 ℃ 以下抗氧化问题已基本得到解决。 但仍有许多问题悬而未决, 成为各国研究的重点和热点。

   ( 1) 新涂层体系的开发。 目前许多研究基本上仍处于实验室阶段, 离实际应用还有一定的距离, 如TiC/ SiC/ ZrO2- MoSi2 涂层体系。

   ( 2) 高温长寿命抗氧化涂层体系。 发动机热端部件对涂层C/ C 复合材料的要求是高温( 1 650 ℃ ~1 800 ℃) 和长寿命( 300 h~ 500 h) 。 只有用新的涂层制备工艺制备的复合梯度涂层才有希望满足这样的要求。 另外, 还没有1800 ℃ 以上高温长时间抗氧化涂层体系实际应用的报道。 G. Savage 提出了高于1 800 ℃ 抗氧化涂层体系的结构设计思想: 耐火氧化物/ SiO2 玻璃/ 耐火氧化物/ 耐火碳化物。 

     在涂层的最外层是耐高温氧化物以保持高温稳定性和抗侵蚀;而次外层为低氧扩散率的SiO2 玻璃层作为氧的侵入阻挡层, 并且可以封填外表面涂层中的裂纹; 下一层为可以和最底层碳化物及次外层SiO2 具有化学和物理相容性的耐高温氧化物层, 以保持结合性; 最底层为碳化物层, 主要保持与上一层氧化物及C/ C 复合材料之间的相容性, 并且阻止碳的逸出。

      最底层碳化物的候选材料为TaC、 ZrC、 HfC 和TiC 等, 它们都具有较低的碳扩散率。 另一种涂层系统是Rh/ Ir/ 碳化物。 Rh 阻止氧扩散能力很强, 但在高温下易与碳化物反应, 故须用Ir 作为隔离层将其与碳化物内层分开, Ir 在2 100℃ 以下对O2和C扩散都是有效的阻挡层。 目前高于1 800 ℃ 使用的C/ C 复合材料抗氧化涂层系统的应用研究正在进行。

   ( 3) 涂层系统的再利用。 1981 年, 带有抗氧化涂层的C/ C 复合材料就已正式用于航天飞机鼻锥帽和机翼前缘。 为了保证航天飞机在苛刻太空环境下安全工作, 要求抗氧化涂层具有很好的稳定性。 另外, 为了保证航天飞机能多次成功起飞降落, 要求抗氧化涂层重复使用性和再利用性好, 质量可靠性高。

  （4） 测试条件与测试技术。 C/ C 复合材料多用于热结构部件, 并且实际应用环境极为苛刻, 所以在测试抗氧化涂层性能时, 尽量模拟实际环境。 目前, 一般的测试环境均是在静态空气下测试, 这与实际环境相差太大。 因此, 抗氧化涂层要想真正应用到实际中, 还有待于进一步完善测试条件与测试技术。  

     ( 5) 寻求其它制备工艺降低成本。 C/ C 复合材料制备成本已经很高, 如果涂层制备工艺复杂、 周期长, 就会额外增加整个部件的制备成本, 这样就会更大限制C/ C 复合材料的广泛应用; 因此寻求更合适 的制备工艺, 也是一项很重要的任务。更多碳碳复合材料信息可查看http://www.tqtf008.top