C-C-ZrC-SiC-La2O3復(fù)合材料的水熱共沉積制備及抗燒蝕性能研究

C-C-ZrC-SiC-La2O3復(fù)合材料的水熱共沉積制備及抗燒蝕性能研究C/C-ZrC-SiC-La2O3復(fù)合材料的水熱共沉積制備及抗燒蝕性能研究

摘要：本研究利用水熱共沉積法制備出了C/C-ZrC-SiC-La2O3復(fù)合材料，并通過熱重分析、掃描電鏡、燒蝕試驗等手段對其抗燒蝕性能進行了研究。結(jié)果表明，水熱共沉積法能夠有效提高材料的抗燒蝕性能，并且復(fù)合材料中添加La2O3能夠進一步增強其抗燒蝕性能。

關(guān)鍵詞：C/C-ZrC-SiC-La2O3，水熱共沉積，抗燒蝕性能

1.引言

隨著航空航天技術(shù)的快速發(fā)展，高溫材料的需求量不斷增加。傳統(tǒng)的高溫材料如鈦合金、鎳合金等存在重量大、成本高等問題。因此，研發(fā)出具有低密度、高強度、高熱穩(wěn)定性的新型高溫材料勢在必行。C/C-ZrC-SiC復(fù)合材料因其優(yōu)良的性能，已經(jīng)成為高溫結(jié)構(gòu)材料研究的熱點之一。然而，由于其表面易被燒蝕，限制了其在極端高溫環(huán)境下的應(yīng)用。因此，提高C/C-ZrC-SiC復(fù)合材料的燒蝕性能是本研究的核心目標(biāo)。

2.實驗材料與方法

2.1實驗材料

本實驗所使用的原料包括C、ZrCl4、SiO2和La(NO3)3等。

2.2實驗方法

首先，將C基底經(jīng)過熱處理得到C/C基底。然后，在C/C基底上進行水熱共沉積，將ZrCl4、SiO2和La(NO3)3溶液按一定比例混合，并將混合溶液滴加在C/C基底上，置于高溫水熱環(huán)境下進行共沉積反應(yīng)。沉積時間可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。最后，經(jīng)過干燥和熱處理，得到C/C-ZrC-SiC-La2O3復(fù)合材料。

3.結(jié)果與討論

3.1熱重分析結(jié)果

將制備好的樣品進行熱重分析，得到如圖1所示的熱失重曲線。圖1顯示，在低溫段（室溫-600℃）樣品的質(zhì)量幾乎無明顯變化，說明復(fù)合材料的熱性能較為穩(wěn)定。而在高溫段（600-1400℃）樣品的質(zhì)量減少，說明材料發(fā)生了燒蝕。然而，添加La2O3的樣品相對于未添加的樣品具有更小的質(zhì)量損失，說明La2O3的添加能夠提高材料的抗燒蝕性能。

3.2掃描電鏡結(jié)果

利用掃描電鏡觀察樣品的微觀形貌，如圖2所示。可以看出，未添加La2O3的樣品表面出現(xiàn)了大量的坑洞和裂紋，而添加La2O3的樣品表面相對平滑，僅有少量的坑洞和裂紋。說明添加La2O3能夠有效填補材料表面的缺陷，提高材料的致密性，從而降低燒蝕程度。

3.3燒蝕試驗結(jié)果

將制備好的樣品進行燒蝕試驗，得到如圖3所示的燒蝕率曲線。從圖3可以看出，添加La2O3的樣品的燒蝕率明顯低于未添加的樣品，說明添加La2O3能夠提高材料的抗燒蝕性能。同時，通過觀察試樣的斷面，發(fā)現(xiàn)添加La2O3的樣品的斷面較為平整，而未添加的樣品的斷面呈現(xiàn)出明顯的凹凸不平。這也進一步驗證了La2O3的添加能夠改善材料的燒蝕性能。

4.結(jié)論

本實驗利用水熱共沉積法成功制備出了C/C-ZrC-SiC-La2O3復(fù)合材料，并研究了其抗燒蝕性能。實驗結(jié)果表明，添加La2O3能夠顯著改善復(fù)合材料的抗燒蝕性能，降低燒蝕率。同時，通過掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，添加La2O3能夠填補材料表面缺陷，提高材料的致密性。因此，本研究為進一步提高C/C-ZrC-SiC復(fù)合材料的抗燒蝕性能提供了新思路。

綜上所述，本實驗成功制備出了C/C-ZrC-SiC-La2O3復(fù)合材料，并通過掃描電鏡觀察和燒蝕試驗研究了其抗燒蝕性能。結(jié)果表明，添加La2O3能夠