低压等离子体喷涂可控制备MoSi2改性ZrB2基超高温复合涂层研究

现代飞行器的发展对高温结构材料提出了更高要求，ZrB2基复合材料是超高温陶瓷材料的典型代表，利用先进涂层工艺将其沉积于碳纤维增强复合材料表面，是解决碳纤维增强复合材料高温有氧苛刻环境下应用的有效途径之一。本申请拟选用低压等离子体喷涂技术，以C/C复合材料为基体，制备MoSi2改性ZrB2基超高温复合涂层。研究复合涂层的显微结构特征，探查粉体原料及喷涂工艺因素对复合涂层显微结构与组成的影响。考察复合涂层的高温抗氧化和抗烧蚀行为，研究MoSi2含量、分布对复合涂层相关力学和热学性能的影响，分析添加物MoSi2的抗氧化性能和力学性能特征对复合涂层高温稳定性和综合力学性能的作用机制。本项工作拟获得高温抗氧化、抗烧蚀性能以及综合力学性能良好的ZrB2基超高温复合涂层，为超高温涂层材料的制备和应用提供实验数据和科学依据。

航空航天飞行器正朝高速、高空、大推力和更安全的方向发展，对高温结构材料提出了更高的要求。ZrB2基复合材料是超高温陶瓷材料的典型代表，利用先进涂层工艺将其沉积于碳纤维增强复合材料表面，是解决碳纤维增强复合材料高温有氧苛刻环境下应用的有效途径之一。ZrB2基陶瓷材料存在的主要问题是其高温抗氧化性能较差。.本项目选用低压等离子体喷涂技术制备MoSi2改性ZrB2基复合涂层，同时制备了SiC改性的ZrB2基复合涂层。对比研究了ZrB2基复合涂层的显微结构特征，表征了复合涂层的基本物理和力学性能，利用空气中静态氧化实验考察了涂层的高温抗氧化性能。同时，在C/C复合材料表面制备了ZrB2-SiC/SiC和ZrB2-MoSi2/SiC复合涂层，利用大气等离子体火焰(>2000°C)考察了涂层在超高温下的抗烧蚀性能。本项目研究发现，MoSi2的加入能够显著降低ZrB2-MoSi2复合涂层的气孔率；ZrB2-MoSi2复合涂层具有优良的高温抗氧化性能，并且其高温抗氧化性能随着MoSi2含量的增加而提高；采用等离子体火焰考核在C/C复合材料表面制备的ZrB2-MoSi2/SiC涂层，发现该涂层烧蚀20 min后，表面无明显变化，涂层保持完整，具有优良的抗烧蚀性能。ZrB2-SiC复合涂层中SiC分布不均匀、含量低；SiC的加入在一定程度上提高了纯ZrB2涂层的高温抗氧化性能和抗烧蚀性能。ZrB2-MoSi2复合涂层比ZrB2-SiC复合涂层具有更好的高温抗氧化性能和抗烧蚀性能，这与其致密的显微结构，MoSi2含量可控及均匀分布有关。.