基于皮肤伤口修复机制构建C/C复合材料表面自愈合抗氧化涂层研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51872239
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
- 结题年份:2022
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:姚西媛; 王璐; 周磊; 王蔚言; 刘天宇; 张佩; 童明德; 胡逗;
- 关键词:
项目摘要
In order to address a series of problems for Si-based coating on carbon/carbon composites, including cracking because of mismatch of CTE, poor thermal shock and oxidation resistance in wide temperature range, a novel idea which based on the mechanism of skin wound healing for preparing self-healing of anti-oxidation coating has been designed. Details for the novel idea are as follows: first, the Si nanawires coated with SiC film (Si/SiC co-axial nanowires) are designed and introduced in the coating. Then, the Si/SiC co-axial nanowires and ZrB2 could efficiently heal the defects of cracks and holes in the coating by various toughening mechanisms including the toughening effect of nanowires and melt flow properties of Si driving by the high temperature compressive stress, as well as the high temperature oxidation expansion and scarring effect of ZrB2, so as to achieve of long-life and wide temperature range protection for C/C composites under high and low temperature alternating environment. To investigate the novel coating, the preparation technology and formation mechanism of self-healing silicon-based ceramic coatings will be systematically investigated. Meantime, the synergistic effects of Si/SiC co-axial nanowires and self-healing phase (ZrB2) on the microstructure, phase composition and distribution of the coatings will be illuminated. In addition, the relationship between the microstructure and oxidation resistance of the coatings will be established, revealing the mechanism of self-toughening and flow healing. Ultimately, these studies lay the foundation for the wide temperature range anti-oxidation application of the coating in aerospace industry.
针对碳/碳(C/C)复合材料表面硅基陶瓷涂层因热膨胀失配易开裂、抗热震与宽温域防护性能差的难题,提出一种基于皮肤伤口修复机制构建自愈合抗氧化涂层的新思路,即首先通过在硅基陶瓷涂层中引入涂覆SiC薄膜的Si纳米线(Si/SiC同轴纳米线),利用纳米线增韧作用和高温压应力驱使下Si的熔融流动特性,以及在涂层中引入的ZrB2高温氧化膨胀结疤效应,有效愈合涂层中的裂纹与孔隙等缺陷,实现涂层在高低温交变苛刻环境下对C/C复合材料的宽温域长寿命防护。系统研究自愈合硅基陶瓷涂层的制备工艺条件和形成机理,阐明Si/SiC同轴纳米线与自愈合ZrB2相协同改性对涂层微观形貌、相组成与分布的影响规律,确立涂层微观结构与防氧化性能之间的关系,揭示其自增韧与流动愈合机理,为将其应用于航空航天领域宽温域防氧化奠定基础。
结项摘要
陶瓷涂层脆性大易开裂,高低温交变环境中易产生裂纹而失效和涂层中孔隙、裂纹等缺陷愈合能力不足等问题导致陶瓷涂层热防护效果下降。针对以上问题,本项目提出一种基于皮肤伤口修复机制构建自愈合抗氧化涂层的新思路,即向涂层中引入含自愈合相的核壳结构纳米线或引入ZrB2等具有愈合能力和氧化膨胀特性的物相实现陶瓷涂层韧性和自愈合性能的同步提升。主要成果如下:.1、开发出一系列核壳结构纳米线,包括SiC@SiO2nw、Al-SiC@SiO2nw和SiC@SiO2@TiO2nw。通过控制系统中前驱体浓度、沉积时间和催化剂种类实现了高长径比和尺寸厚度均匀的核壳结构纳米线的可控制备。.2、利用化学气相沉积技术成功制备SiC@SiO2nw、Al-SiC@SiO2nw和SiC@SiO2@TiO2nw增韧SiC涂层,核壳结构可通过增加涂层内界面数量和纳米线拔出等机制实现涂层韧性的提高,从而提升涂层抗热震性能。Al和Ti元素可通过降低SiO2粘度有效提升涂层的自愈合性能。.3、引入PyC-SiC双层界面相后,涂层中存在纳米线多级拔出现象,抗冲击-烧蚀性能明显提升,与仅引入PyC界面相相比,线烧蚀率和质量烧蚀率明显下降。烧蚀过程中SiC@PyC@SiCnw/HfC涂层在氧化层破损处会生成具有自愈合性能的Hf-Si-O玻璃,有利于涂层抗烧蚀性能的提升。.4、采用气相渗硅工艺制备了ZrB2-SiC-Si涂层。借助涂层氧化生成ZrSiO4/ZrO2体积膨胀产生的压应力抑制裂纹扩展和以ZrSiO4/ZrO2为镶嵌相的致密高阻氧Zr-Si-O玻璃层的协同作用,表面形成的ZrSiO4颗粒钉扎SiO2玻璃层能抑制氧气的扩散,并与涂层形成多相镶嵌结构,阻碍裂纹扩展。.5、借助自愈合相的愈合作用和ZrB2的氧化膨胀特性开发出多种自愈合涂层体系。TiB2和SiB6均可促进涂层中产生硼硅酸盐玻璃等低熔点相实现缺陷快速愈合。ZrSiO4/ZrO2体积膨胀及钉扎作用和硼硅酸盐玻璃相的愈合作用可实现减小裂纹尺寸的同时快速愈合裂纹等缺陷。.项目研究过程中,共发表17篇SCI收录学术论文,培养硕士生5名,博士生6名,授权发明专利4件,获教育部自然科学一等奖,申请人获批国家杰出青年基金。
项目成果
期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
High temperature oxidation and ablation behaviors of HfB2-SiC/SiC coatings for carbon/carbon composites fabricated by dipping-carbonization assisted pack cementation
浸渍碳化辅助包埋法制备的碳/碳复合材料 HfB2-SiC/SiC 涂层的高温氧化和烧蚀行为
- DOI:10.1016/j.jmst.2021.08.092
- 发表时间:2022
- 期刊:Journal of Materials Science & Technology
- 影响因子:--
- 作者:Lei Zhou;Jiaping Zhang;Dou Hu;Qiangang Fu;Wuqing Ding;Jiaqi Hou;Bing Liu;Mingde Tong
- 通讯作者:Mingde Tong
Effect of Lu2O3 addition on the oxidation behavior of SiC-ZrB2 composite coating at 1500℃: Experimental and theoretical study
Lu2O3添加对SiC-ZrB2复合涂层1500℃氧化行为的影响:实验与理论研究
- DOI:10.1016/j.corsci.2021.109803
- 发表时间:2021
- 期刊:Corrosion Science
- 影响因子:8.3
- 作者:Wei Xie;Qiangang Fu;Chunyu Cheng;Peipei Wang;Jie Li;Ningning Yan
- 通讯作者:Ningning Yan
Experimental and theoretical study on the effect of different rare-earth oxides on the high-temperature stability of SiO2 glass at 1973K
不同稀土氧化物对SiO2玻璃1973K高温稳定性影响的实验与理论研究
- DOI:10.1016/j.ceramint.2020.06.219
- 发表时间:2020-06
- 期刊:Ceramics International
- 影响因子:5.2
- 作者:Wei Xie;Qiangang Fu;Chunyu Cheng;Ningning Yan
- 通讯作者:Ningning Yan
The mechanical and repair behavior of damaged carbon/carbon composites
受损碳/碳复合材料的机械和修复行为
- DOI:10.1016/j.ceramint.2022.04.076
- 发表时间:2022-04
- 期刊:Ceramics International
- 影响因子:5.2
- 作者:Weiyan Wang;Qiangang Fu;Jia Sun;Pei Zhang;Dou Hu
- 通讯作者:Dou Hu
Comparing oxidation behaviors at 1773 K and 1973 K of HfB2-MoSi2/SiC-Si coating prepared by a combination method of pack cementation, slurry painting and in-situ synthesis
包埋、浆料涂敷和原位合成组合方法制备的HfB2-MoSi2/SiC-Si涂层在1773K和1973K下的氧化行为比较
- DOI:10.1016/j.surfcoat.2020.126418
- 发表时间:2020
- 期刊:Surface and Coatings Technology
- 影响因子:5.4
- 作者:Pei Zhang;Qiangang Fu;Chunyu Cheng;Xiaofei Zhu;Jinguo Huang;Jiaping Zhang;Wei Li
- 通讯作者:Wei Li
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:{{ item.doi || "--"}}
- 发表时间:{{ item.publish_year || "--" }}
- 期刊:{{ item.journal_name }}
- 影响因子:{{ item.factor || "--"}}
- 作者:{{ item.authors }}
- 通讯作者:{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
其他文献
声电沉积 C/C 磷灰石生物活性涂层的超声作用机制
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:稀有金属材料与工程
- 影响因子:--
- 作者:翟言强;李克智;李贺军;刘皓;付前刚
- 通讯作者:付前刚
Anti-oxidation and ablation properties of carbon/carbon composites infiltrated by hafnium boride
硼化铪渗碳/碳复合材料的抗氧化和烧蚀性能
- DOI:10.1016/j.carbon.2012.09.053
- 发表时间:2013-02
- 期刊:Carbon
- 影响因子:10.9
- 作者:李贺军;姚栋嘉;付前刚;刘磊;张雨雷;姚西媛;王永杰;李海亮
- 通讯作者:李海亮
C/C复合材料防氧化涂层SiC/SiC-MoSi_2的制备与抗氧化性能
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:金属学报
- 影响因子:--
- 作者:史小红;付前刚;李克智;李贺军
- 通讯作者:李贺军
异形构件化学气相沉积SiC涂层的数值模拟
- DOI:--
- 发表时间:2017
- 期刊:固体火箭技术
- 影响因子:--
- 作者:孙国栋;李贺军;付前刚;李辉
- 通讯作者:李辉
孔隙演化与C/C复合材料的疲劳行
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:材料导报,2005,19(7): 100-103
- 影响因子:--
- 作者:廖晓玲;李贺军;付前刚;欧阳海
- 通讯作者:欧阳海
其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:{{ item.doi || "--" }}
- 发表时间:{{ item.publish_year || "--"}}
- 期刊:{{ item.journal_name }}
- 影响因子:{{ item.factor || "--" }}
- 作者:{{ item.authors }}
- 通讯作者:{{ item.author }}

内容获取失败,请点击重试

查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:
AI项目摘要
AI项目思路
AI技术路线图

请为本次AI项目解读的内容对您的实用性打分
非常不实用
非常实用
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
您认为此功能如何分析更能满足您的需求,请填写您的反馈:
付前刚的其他基金
聚合物转化陶瓷改性碳/碳复合材料及其涂层微结构设计与氧化烧蚀机理
- 批准号:52061135102
- 批准年份:2020
- 资助金额:300 万元
- 项目类别:国际(地区)合作与交流项目
预氧化处理与化学气相共沉积构造C/C-SiC-HfC镶嵌界面层的研究
- 批准号:51572223
- 批准年份:2015
- 资助金额:64.0 万元
- 项目类别:面上项目
SiC纳米线增韧HfC抗氧化抗烧蚀涂层研究
- 批准号:51072166
- 批准年份:2010
- 资助金额:37.0 万元
- 项目类别:面上项目
C/C复合材料高温防氧化抗烧蚀C-SiC-HfC梯度涂层研究
- 批准号:50802075
- 批准年份:2008
- 资助金额:20.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
相似国自然基金
{{ item.name }}
- 批准号:{{ item.ratify_no }}
- 批准年份:{{ item.approval_year }}
- 资助金额:{{ item.support_num }}
- 项目类别:{{ item.project_type }}
相似海外基金
{{
item.name }}
{{ item.translate_name }}
- 批准号:{{ item.ratify_no }}
- 财政年份:{{ item.approval_year }}
- 资助金额:{{ item.support_num }}
- 项目类别:{{ item.project_type }}