2D C/SiC-ZrB2復合材料的燒蝕性能

童長青， 成來飛， 劉永勝， 張立同

（1.龍巖學院化學與材料學院，福建龍巖364000;2.西北工業大學超高溫結構復合材料國防科技重點實驗室，西安 710072）

高超聲速飛行器對具有更長壽命、耐更高溫度的C/SiC復合材料提出了需求。為了適應這些需求，可以對C/SiC基體進行改性。目前，國內外都在積極探索各種基體改性的方法［1］。通常在基體中引入含硼物質（如:B，B4C，SiB6，Si-B-C 等）進行自愈合改性延長其使用壽命［2，3］，引入難熔金屬碳化物或硼化物提高其使用溫度［4～7］。王其坤等［8］用先驅體浸漬熱解（PIP）法在碳布上涂刷含ZrB2的漿料，模壓后反復PIP致密化制備2D C/SiC-ZrB2復合材料，提高了C/SiC復合材料的抗燒蝕性能。但制備材料時，由于ZrB2熱膨脹系數較大，僅用PIP工藝對纖維損傷較大［9，10］。在化學氣相沉積制備C/SiC過程中引入ZrB2，是否也能提高其使用溫度是需要研究的課題。

本研究利用漿料浸漬法在多孔2D C/SiC引入ZrB2微粉后，采用液態聚碳硅烷浸漬-裂解，再結合化學氣相滲透（chemical vapor infiltration，CVI）法進一步致密化，制備2D C/SiC-ZrB2復合材料，研究其在氧-乙炔焰和1800℃甲烷風洞環境中的燒蝕行為。

1 實驗

1.1 2D C/SiC-ZrB2復合材料的制備

以T300碳布（絲束為1K）為原料，經疊層后，用CVI法制備0.2μm左右的碳界面層，在1000℃下，采用CVI SiC制得孔隙率為18% ～23%多孔C/SiC，加工成尺寸為φ100mm×3mm和3mm×10mm×20mm兩種試樣，浸漬20vol% 的ZrB2漿料后，用液態聚碳硅烷（廈門大學合成）重復5次浸漬-裂解（900 ℃）-熱處理（1400 ℃），CVI SiC 80h，制得2D C/SiC-ZrB2復合材料，具體過程參見文獻［11］。制得復合材料的開氣孔率為7.5%，彎曲強度為423MPa。

1.2 氧-乙炔環境燒蝕實驗

氧-乙炔燒蝕實驗按國軍標GJB323A—1996要求進行:氧氣壓力為0.4MPa，流量為1.512m3/h，乙炔壓力為0.095MPa，流量為1.116m3/h，噴嘴直徑為2mm，槍口到試樣燒蝕表面中心的距離為10mm，熱流密度（4186.8±418.68）kW/m2。……