ZrB2/SiC梯度热防护涂层的设计、制备及失效评估

高超飞行器、空天飞机等的出现对碳/碳高温结构材料的高温长时热防护提出了严峻的挑战，急需研发能在高温有氧环境下长时间具备高抗蚀损和高强度性能的烧蚀防护涂层。本项目针对碳/碳复合材料在高温（超高温）有氧环境中严重的氧化/烧蚀和性能劣化，在有限元结构优化基础上，拟通过浆料浸渍刷涂后烧结方法和梯度复合新技术设计制备ZrB2/SiC梯度热防护涂层，有望为碳碳复合材料的高温长时热防护提供新的解决途径。在此基础上，采用数值模拟、理论分析和实验验证相结合的方法系统研究ZrB2/SiC梯度涂层在模拟工况环境下的强度、曲率、应力应变特征以及各梯度层的结构演变规律和损伤失效特征，揭示抗烧蚀涂层的热力破坏准则和失效机制，为ZrB2/SiC梯度抗烧蚀涂层的寿命预测、工程应用和性能提升提供技术积累与理论依据。

高超飞行器、空天飞机等的出现对碳/碳高温结构材料的高温长时热防护提出了严峻的挑战，急需研发能在高温有氧环境下长时间具备高抗蚀损和高强度性能的烧蚀防护涂层。本项目针对碳/碳复合材料在高温（超高温）有氧环境中严重的氧化/烧蚀和性能劣化，在有限元结构优化基础上，通过浆料浸渍刷涂后烧结方法和梯度复合新技术设计制备了ZrB2/SiC梯度热防护涂层，有望为碳碳复合材料的高温长时热防护提供新的解决思路。项目首先通过单一均质涂层对应块体材料的制备和性能表征获得了梯度结构设计的力学实测参数，并以此为基础，通过有限元分析梯度涂层残余热应力分布特征获得了优化的叠层数、叠层成分分布指数、梯度层厚度等梯度结构设计参数。进行了刷涂浆料的调制，优选了陶瓷组元颗粒度、分散剂、粘结剂及固液相配比，并通过碱性条件下球磨分散的方法实现了均匀稳定、涂覆性良好浆液的制备，同时通过活性组元的引入，一方面改善了涂层的烧结致密性和同基体的结合性，另一方面，通过活性组元在界面处的扩散渗透模糊淡化了梯度层界面，使梯度层组分过渡趋向连续，获得了优化的涂层制备工艺参数。所得ZrB2/SiC梯度涂层在设计工况环境下抗氧化性能良好，并对其在热力耦合条件下的基体与涂层的结构演变和失效破坏特征进行了关联分析，可为ZrB2/SiC梯度抗烧蚀涂层的寿命预测、工程应用和性能提升提供一些技术积累与理论依据。项目申请发明专利一项，正在整理待发表文章一篇。