先驱体转化制备ZrO2改性SiC陶瓷的氧化行为研究

先驱体转化制备Ｚｒ０ｚ改性ＳｉＣ陶瓷的氧化行为研究　４５　先驱体转化制备ＺｒＯ２改性ＳｉＣ陶瓷的　氧化行为研究　０ｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ＺｒＯ２一ｄｏｐｅｄ　Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ　ｂｙ　Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ　Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　王生学，李伟，陈朝辉　（国防科技大学航天与材料工程学院新型陶瓷纤维及其　复合材料重点实验室，长沙４１００７３）　ＷＡＮＧ　Ｓｈｅｎｇ—ｘｕｅ，ＬＩ　Ｗｅｉ，ＣＨＥＮ　Ｚｈａｏ—ｈｕｉ　（Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｎ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｆｉｂｅｒｓ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｄｅｆｅｎｓｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１００７３，Ｃｈｉｎａ）　摘要：采用先驱体转化法，以聚碳硅烷、二乙烯基苯和正丁醇锆为原料高温裂解制备了ＺｒＯ　改性的ＳｉＣ陶瓷材料，结合　ＸＲＤ，ＳＥＭ和ＥＤＳ能谱等测试方法，研究ｚｒ０　的添加对材料氧化行为的影响。结果表明：ｚｒＯｚ引入后，ＳｉＣ陶瓷材料　在１６００℃开始氧化，表面生成了ＳｉＯ　阻氧层阻止气体逸出，宏观上形成气泡，到１７００℃材料氧化较严重，表面变得凹凸　不平，出现较多空洞，并且存在一定程度的失重；１７００℃氧化后，含ＺｒＯ。的材料表面和内部均有一定程度的氧化，表面的　主要成分为ＳｉＯ　，内部有部分ＳｉＣ发生了氧化，两种材料氧化层呈梯度分布；在高温氧化过程中，ＺｒＯｚ会发生由四方相　向单斜相的相变，ＳｉＣ对ＺｒＯ　的相变具有抑制作用，而材料氧化后生成的ＳｉＯ　则无法抑制Ｚｒ０　的相变。　关键词：ＺｒＯ　；ＳｉＣ陶瓷；先驱体转化法；氧化行为　中图分类号：ＴＱ１７４　文献标识码：Ａ　文章编号：１。０１—４３８１（２Ｏ１２）０８—００４５—０６　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｚｒ０２　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｃａｒｂｉｄｅ（ＳｉＣ）ｃｅｒａｍｉｃｓ　ｗａｓ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｐｏｌｙｃａｒｂｏｓ订ａｎｅ，ｄｉｖｉｎｙｌ—　ｂｅｎｚｅｎｅ　ａｎｄ　ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ　ｎ—ｂｕｔｏｘｉｄｅ　ｂｙ　ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ。ａｎｄ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｗａｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ＸＲＤ，ＳＥＭ　ａｎｄ　ＥＤＳ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ａｆｔｅｒ　ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＺｒＯ２，ｔｈｅ　ＳｉＣ　ｃｅｒａｍｉｃｓ　ｂｅｇａｎ　ｔｏ　ｂｅ　ｏｘｉｄｅｄ　ａｔ　１　６００￣Ｃ，ａｎｄ　ｂｕｂｂｌｅｓ　ａｐｐｅａｒｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　Ｓｉ０，ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｌａｙｅｒ　ｆｏｒｍｅｄ．Ｗｈｅｎ　ｏｘｉｄｅｄ　ａｔ　１　７００℃，ｔｈｅ　ｃｅｒａｍｉｃｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｓｅｖｅｒｅ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ，　ｗｉｔｈ　ｓｅｒｖａｌ　ｐｉｔ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｍａｓｓ　ｌｏｓｓ；ｂｏｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｉｎｎｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｅｒａｍｉｃｓ　ｗｅｒｅ　ｏｘｉｄｅｄ　ａｆｔｅｒ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ａｔ　１７００￣Ｃ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔｌｙ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｗａｓ　ＳｉＯ２，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，　ＳｉＣ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｎｅｒ　ｗａｓ　ｐａｒｔｌｙ　ｏｘｉｄｅｄ　ｔｏ　ＳｉＯ２，ｂｏｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｌａｙｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｃｅｒａｍｉｃｓ　ｗｅｒｅ　ｇｒａｄｉ—　ｅｎｔ；Ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ　ｐｈａｓｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ　ｐｈａｓｅ　ｏｆ　ＺｒＯ２　ｈａｐｐｅｎｅｄ　ａｔ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｕｒｉｎｇ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ　ｏｆ　ＳｉＣ　ｅａｎ　ｐｒｅｖｅｎｔ　ｔｈｉｓ　ｐｈａｓｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｗｈｉｌｅ　ＳｉＯ２　ｃａｎ’ｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＺｒＯ２；ＳｉＣ　ｃｅｒａｍｉｃ；ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ；ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　Ｃｒ／ＳｉＣ复合材料具有高比强、高比模、高可靠性、　耐高温等优异性能，在航空航天领域具有广阔的应用　前景ｌ＿】］。其中，ＳｉＣ陶瓷作为Ｃｆ／ＳｉＣ复合材料的基　体，具有力学性能良好、使用温度高、导热系数大、热膨　胀系数小等优异性能，被认为是在１９００℃内使用的最　具前途的高温结构陶瓷［２　］。但是，ＳｉＣ基体抗氧化　能力有限，导致Ｃ　／ＳｉＣ复合材料在有氧环境下最高使　用温度一般低于１６００℃，这就极大限制了Ｃ　／ＳｉＣ复　用＿６　］，故急需寻找提高其耐高温性能的途径。目前　常用的方式是将耐高温材料引入Ｃ　／ＳｉＣ复合材料。　ＺｒＯ。是具有代表性的金属氧化物，是目前研究较　热门的一种耐高温材料，它具有较高的熔点（２７００℃），　并且具有天然的抗氧化性，文献报道＿ｇ］，ＳｉＣ在高温下　氧化生成Ｓｉｏｚ，可以与ｚｒＯ　形成玻璃状混合物覆盖　在材料表面，从而有效阻止Ｏ　进入材料内部，提高材　料的抗氧化性。本工作采用先驱体浸渍一裂解工艺　（Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ　Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ＰＩＰ），将　合材料在耐超高温结构材料领域的进一步推广应