先驱体转化法制备SiC/TiC复合陶瓷及其1600℃氧丙烷烧蚀行为OA
Preparation of SiC/TiC composite ceramics by precursor conversion method and their oxy-propane ablation behavior at 1600℃
针对单一 SiC陶瓷在极端环境下氧化膜易挥发、抗氧化/烧蚀性能不足的问题,以聚硅氧烷为陶瓷先驱体,乙酰丙酮钛(TiO(acac)2)为改性剂,采用先驱体转化法结合放电等离子烧结技术制备得到 SiC/TiC复合陶瓷,系统探究先驱体交联固化机制与高温裂解规律,揭示 Ti掺杂改性对复合陶瓷抗氧化/烧蚀的影响机制.结果表明,Ti通过形成 Si―O―Ti键促进先驱体交联,使先驱体陶瓷产率高达 79%.当 TiO(acac)2 添加量(质量分数,下同)为20%,复合陶瓷中 TiC含量增加至 19%,烧结致密度显著提高.1600℃氧丙烷烧蚀测试显示,20%改性样品抗烧蚀性能大幅提升,线烧蚀率与质量烧蚀率分别为 0.017 μm/s和-0.140 mg/s.该复合陶瓷优异的抗烧蚀性能归因于TiO2 与SiO2 形成的连续复合氧化层,抑制了SiO2 挥发与O2 的进一步扩散.
To address the issues of volatile oxide scale and insufficient oxidation/ablation resistance of monolithic SiC ceramics in extreme environments,this study employs polysiloxane as a ceramic precursor and titanium acetylacetonate(TiO(acac)2)as a modifier.SiC/TiC composite ceramics are prepared via a precursor conversion method combined with spark plasma sintering.The cross-linking and curing mechanism of the precursor,as well as the high-temperature pyrolysis behavior,are systematically investigated,and the influence mechanism of Ti doping on the oxidation/ablation resistance of the composite ceramics is elucidated.The results show that Ti promotes precursor cross-linking through the formation of Si―O―Ti bonds,achieving a ceramic yield as high as 79.18%.When the TiO(acac)2 mass content reaches 20%,the TiC mass content in the composite increases to 19%,and the densification of the sintered ceramic is significantly improved.Oxy-propane ablation tests at 1600℃demonstrate that the 20%modified sample exhibits greatly enhanced ablation resistance,with linear and mass ablation rates of 0.017 μm/s and-0.140 mg/s,respectively.This superior ablation resistance is attributed to the formation of a continuous composite oxide layer consisting of TiO2 and SiO2,which suppresses the volatilization of SiO2 and further oxygen diffusion.
曹永博;张雨雷;胡心怡;付艳芹;李贺军
河南省科学院 碳基复合材料研究院 河南省高性能碳纤维增强复合材料重点实验室,郑州 450046||河南科技大学 材料科学与工程学院,河南 洛阳 471000河南省科学院 碳基复合材料研究院 河南省高性能碳纤维增强复合材料重点实验室,郑州 450046||西北工业大学 超高温结构复合材料重点实验室 陕西省碳/碳复合材料工程技术研究中心,西安 710072河南省科学院 碳基复合材料研究院 河南省高性能碳纤维增强复合材料重点实验室,郑州 450046||河南科技大学 材料科学与工程学院,河南 洛阳 471000河南省科学院 碳基复合材料研究院 河南省高性能碳纤维增强复合材料重点实验室,郑州 450046西北工业大学 超高温结构复合材料重点实验室 陕西省碳/碳复合材料工程技术研究中心,西安 710072
航空航天
先驱体转化法放电等离子烧结SiC/TiC复合陶瓷氧丙烷烧蚀
polymer-derived ceramicsspark plasma sinteringSiC/TiC composite ceramicsoxy-propane ablation
《航空材料学报》 2026 (9)
97-106,10
国家重点研发计划(2021YFA0715803)国家自然科学基金(52402113,52293373)河南省科技研发计划联合基金(235200810072)
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