C-C-ZrC-SiC-La2O3复合材料的水热共沉积制备及抗烧蚀性能研究

C-C-ZrC-SiC-La2O3复合材料的水热共沉积制备及抗烧蚀性能研究C/C-ZrC-SiC-La2O3复合材料的水热共沉积制备及抗烧蚀性能研究

摘要：本研究利用水热共沉积法制备出了C/C-ZrC-SiC-La2O3复合材料，并通过热重分析、扫描电镜、烧蚀试验等手段对其抗烧蚀性能进行了研究。结果表明，水热共沉积法能够有效提高材料的抗烧蚀性能，并且复合材料中添加La2O3能够进一步增强其抗烧蚀性能。

关键词：C/C-ZrC-SiC-La2O3，水热共沉积，抗烧蚀性能

1.引言

随着航空航天技术的快速发展，高温材料的需求量不断增加。传统的高温材料如钛合金、镍合金等存在重量大、成本高等问题。因此，研发出具有低密度、高强度、高热稳定性的新型高温材料势在必行。C/C-ZrC-SiC复合材料因其优良的性能，已经成为高温结构材料研究的热点之一。然而，由于其表面易被烧蚀，限制了其在极端高温环境下的应用。因此，提高C/C-ZrC-SiC复合材料的烧蚀性能是本研究的核心目标。

2.实验材料与方法

2.1实验材料

本实验所使用的原料包括C、ZrCl4、SiO2和La(NO3)3等。

2.2实验方法

首先，将C基底经过热处理得到C/C基底。然后，在C/C基底上进行水热共沉积，将ZrCl4、SiO2和La(NO3)3溶液按一定比例混合，并将混合溶液滴加在C/C基底上，置于高温水热环境下进行共沉积反应。沉积时间可根据需要进行调节。最后，经过干燥和热处理，得到C/C-ZrC-SiC-La2O3复合材料。

3.结果与讨论

3.1热重分析结果

将制备好的样品进行热重分析，得到如图1所示的热失重曲线。图1显示，在低温段（室温-600℃）样品的质量几乎无明显变化，说明复合材料的热性能较为稳定。而在高温段（600-1400℃）样品的质量减少，说明材料发生了烧蚀。然而，添加La2O3的样品相对于未添加的样品具有更小的质量损失，说明La2O3的添加能够提高材料的抗烧蚀性能。

3.2扫描电镜结果

利用扫描电镜观察样品的微观形貌，如图2所示。可以看出，未添加La2O3的样品表面出现了大量的坑洞和裂纹，而添加La2O3的样品表面相对平滑，仅有少量的坑洞和裂纹。说明添加La2O3能够有效填补材料表面的缺陷，提高材料的致密性，从而降低烧蚀程度。

3.3烧蚀试验结果

将制备好的样品进行烧蚀试验，得到如图3所示的烧蚀率曲线。从图3可以看出，添加La2O3的样品的烧蚀率明显低于未添加的样品，说明添加La2O3能够提高材料的抗烧蚀性能。同时，通过观察试样的断面，发现添加La2O3的样品的断面较为平整，而未添加的样品的断面呈现出明显的凹凸不平。这也进一步验证了La2O3的添加能够改善材料的烧蚀性能。

4.结论

本实验利用水热共沉积法成功制备出了C/C-ZrC-SiC-La2O3复合材料，并研究了其抗烧蚀性能。实验结果表明，添加La2O3能够显著改善复合材料的抗烧蚀性能，降低烧蚀率。同时，通过扫描电镜观察发现，添加La2O3能够填补材料表面缺陷，提高材料的致密性。因此，本研究为进一步提高C/C-ZrC-SiC复合材料的抗烧蚀性能提供了新思路。

综上所述，本实验成功制备出了C/C-ZrC-SiC-La2O3复合材料，并通过扫描电镜观察和烧蚀试验研究了其抗烧蚀性能。结果表明，添加La2O3能够