CC复合材料的浸涂抗氧化性能

　　C/C复合材料的浸涂抗氧化性能彭春兰，易茂中，葛毅成，黄伯云（中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南长沙410083）空-加压浸渍对C/C复合材料抗氧化性能的影响。研宄结果表明：材料浸渍磷酸盐后其抗氧化性能可得到明显改善，用磷酸盐加压浸渍是提高C/C复合材料抗氧化性能的一种有效途径；常压浸渍处理时，在所使用的3种浸渍溶液（A溶液、Z溶液、M溶液）中，经Z溶液处理的试样其抗氧化性最好；浸渍了A溶液、Z溶液的试样的氧化失重曲线，其最佳抽真空-加压浸渍压力分别为01.2MPa.随着航空发动机技术的发展，对其主轴密封技术也提出了越来越高的要求，而碳石墨材料己无法满足其强度和密封要求。但是C/C复合材料在450°以上的温度下就会氧化。据研究报道，若C/C复合材料的氧化失重率达到1%则其强度要下降10%.而航空发动机密封环材料对强度要求高，而且在450°C以上的温度下工作，因此，抗氧化问题就成为C/C复合材料用作该结构材料的关键问题之一。近些年国内外学者针对C/C复合材料的抗氧化问题也开展了较多的研究工作。要使C/C复合材料具有良好的润滑性，要求表面具有低的摩擦因数，宜采用浸渍抗氧化方法。浸渍抗氧化技术是填充材料开孔孔隙，在外表面合成抗氧化涂层，阻挡氧气向材料内部扩散，从而达到氧化防护的目的。因此，对C/C复合材料采取了多种浸渍磷酸盐的处理工艺，然后采用一定的热处理，使磷酸盐充填其孔隙并覆盖材料表面，形成抗氧化层。并且，针对所研制材料的使用温度，对C/C复合材料进行了550C和650C温度下的抗氧化失重试验。

　　1实验部分1.1材料实验材料为波音767（以下简写为B767）飞机刹车盘待维修盘，将其加工成尺寸为10mmX10mmX10mm（长X宽X高）的试样。试样的密度为1.74g/cm3，开孔率为1.2试剂分析纯无水乙醇及活性改性剂。

　　1.3实验过程采用CQX2S24超声波清洗器先将试样清洗干净，于110C烘烤1 ~2h.同时配制Al（H2PO4）3溶液（简称A溶液，浸渍了该溶液的试样称为A试样，以下同），Zn（H2PO4）2溶液（简称Z溶液），Mn溶液（简称M溶液），然后在常温下进行常压浸渍、加压浸渍及真空-加压浸渍实验。在浸渍后进行相应的热处理工艺。采用箱型电阻炉进行恒温氧化实验：将试样放置于耐火砖上，放进炉内，经过一定时间氧化后，将试样从氧化炉中取出、冷却、干燥，在DTG- 68A型电子分析天平（精度为0.2mg）上称量，并计算质量变化。

　　1.4扫描电镜分析用扫描电镜观察氧化前后的复合材料试样的形貌，以分析试样氧化前后表面特征的变化。

　　基金项目：高校骨干教师项目（教技司143号）国家重点工业性试验项目（计高技1817号）2结果与讨论21复合材料试样在550°C恒温氧化行为为采用不同浸渍溶液，在未预热的条件下抽真空，常压浸渍A溶液、Z溶液、M溶液的试样以及未经任何处理的裸样在550°C恒温氧化的过程中氧化失重曲线。从可以看出，A试样、Z试样、M试样的抗氧化性均比各自裸样的抗氧化性好，特别是后期该特性更加明显。试样被浸渍后在表面附近的孔隙被填满，从而阻挡了氧的侵入。裸样失重比其他浸渍处理过的试样失重显著，尽管在试验初期，Z试样和M试样失重略微比裸样高，那可能是浸渍处理过的试样脱水的缘故，尽管在浸渍后进行了相应的的热处理工艺。

　　3分别为浸渍了Z溶液的试样氧化失重前后的表面形貌。从可以看出，浸渍溶液在浸渍后的热处理过程中在复合材料表面形成了较完整的涂层氧气的阻挡层。但是还存在以下几种缺陷：孔洞、微裂纹等。这些缺陷可能是以下几种原因造成的：在热处理过程中，由于复合材料表面孔隙特征，涂层的生成并没有完全覆盖这些孔隙，只是孔隙尺寸略有降低。由于基体材料与涂层的热膨胀系数存在差异，导致了微裂纹的形成。在中，从试样氧化后的表面形貌可观察到，由于涂层不均匀，氧化表面也不均一，涂层中存在的微裂纹导致氧气可以扩散至内部并氧化涂层下的材料，产生凹坑而引起“黑斑”现象。

　　22经不同压力浸渍的试样在650°C恒温氧化行为~5分别为浸渍A溶液、Z溶液时，在抽真空后浸渍时施加不同的压力的试样以及未经任何处理的裸样在650C恒温氧化的过程中的质量变化曲线。从~5可以看出，抽真空加压浸渍C/C复合材1一裸样；2―M试样；3―A试样；4一Z试样不同浸渍剂常压浸渍后的试样550°C恒温料的抗氧化性有一定程度的改善；但其抗氧化性改善程度并不是随所施加压力的加而加，而是对于不同的浸渍溶液存在着不同的最佳真空-加压浸渍压力。中，A试样经抽真空后，施加0.8MPa压力浸渍处理后的抗氧化效果最好，施加0.4MPa压力浸渍处理后的抗氧化效果最差。中，Z试样经抽真空后，施加1.2MPa压力浸渍处理后的抗氧化效果最好，但经未抽真空、常压浸渍处理后的抗氧化性能最差。这是由于不同的浸渍溶液对C/C复合材料有不同的浸润性决定的。加压浸渍时，当所施加压力与液体表面张力达到平衡时，相应地，润湿性表现出最好的状态。各种浸渍液体的表面张力是不同的，因而，不同浸渍溶液达到最佳浸渍抗氧化效果的加压浸渍压力不同。

　　从~5可发现，试样经未抽真空、常压浸渍处理的试样的抗氧化性能均较差，A试样的抗氧化性均比经抽真空、常压浸渍处理后的试样的抗氧化性能差（失重明显）因此，可以推断，在浸渍处理前抽真空处理对试样的抗氧化性能有很好的改善作用。这是因为抽真空的过程中，吸附在试样表面及开孔隙内表面的气体被除去，有利于浸渍液的浸入；并且，浸渍溶液在灌注过程中仍继续抽真空，这样可将溶解在溶液中的氧气除去，从而改善了材料的抗氧化性。

　　3结论aC/C复合材料经磷酸盐浸渍后，其抗氧化性可明显得到改善，在其他条件相同的前提下，浸渍了Z溶液的试样其抗氧化性最好。

　　b.抽真空常压浸渍比不抽真空常压浸渍的抗氧化效果好。对于不同的浸渍溶液存在着不同的最佳真空-加压浸渍压力。浸渍A溶液、Z溶液时的最佳真空-加压浸渍压力分别为0.8，1.2MPa.