C/C 复合材料表面ZrB2 基陶瓷涂层改性及抗氧化性能研究

刘雨蒙，郝建洁，李佳艳*，谭毅，邹兵林，蔡晓龙

（1.大连理工大学材料科学与工程学院，大连 116024；2.辽宁省载能束冶金及先进材料制备重点实验室，大连 116024；3.中国科学院长春应用化学研究所，长春 130022；4.稀土资源利用国家重点实验室，长春 130022）

0 引言

C/C 复合材料机械性能十分优异，且具有密度低(＜2.0 g/cm3)、比强度高、热膨胀系数小、抗热冲击性好等优点，是航空航天领域中最具有应用前景的热结构材料。但是，C/C 复合材料在高于450℃的有氧环境中会被快速氧化，导致机械强度大大降低，限制了它们作为高温结构材料的使用[1-6]。

涂层改性是提高C/C 复合材料抗氧化性最有效的技术手段。以ZrB2为代表的超高温陶瓷(UHTCs)具有熔点高、化学稳定性好、抗热震及抗氧化性好等优点，被广泛地用作C/C 复合材料抗氧化烧蚀涂层。但是，单一组分的ZrB2涂层在高温有氧的服役条件下发生氧化反应，B2O3快速挥发留下多孔的ZrO2，ZrO2与C/C 基体热膨胀系数差异过大导致涂层脱粘，造成氧化防护失效；此外，ZrB2较强的共价键结合和较低的自我扩散使其难以致密化，影响涂层性能[7-10]。

为了解决这个问题，许多学者通过掺入诸如SiC 和MoSi2等硅基陶瓷进行了改性研究，向ZrB2陶瓷中添加硅化物可以改善陶瓷的致密性；此外，ZrB2氧化形成具有低氧扩散系数的B2O3-SiO2熔体，在中高温区间具有优异的抗氧化性能[11-16]。同时有研究表明向ZrB2-SiC 陶瓷中引入10 wt.%的二硼化物（如TiB2）可以改善ZrB2-SiC 陶瓷在1300℃的抗氧化性[17-19]，但是，二硼化物的添加对C/C 基体表面单一ZrB2陶瓷涂层的抗氧化性能影响尚不清楚。……