液态SiBCN前驱体转化陶瓷的抗氧化性能及机制

前驱体转化法制备的SiBCN陶瓷具有优异的耐高温抗氧化性能,有望作为高温热结构材料应用于航空航天领域.本文主要对前驱体转化法制备的SiBCN陶瓷在1200、1400℃下的抗氧化性能进行研究.采用XPS对陶瓷氧化前后化学键结合方式进行表征,分析了氧化前后化学结构的变化;采用XRD和SEM对陶瓷氧化前后表面相组成、微观形貌和截面氧化层进行分析,并通过氧化层厚度随时间变化对高温抗氧化动力学进行了研究.结果表明:SiBCN陶瓷经高温氧化后在表面形成了致密的氧化膜,氧化层主要以无定形态存在,且与基体结合紧密;陶瓷的高温氧化速率受氧扩散控制,其在1200、1400℃ 下的氧化动力学常数分别为0.0224μm2/h和0.1045μm2/h,小于SiC陶瓷的0.0449μm2/h和0.1288μm2/h.由于SiBCN陶瓷形成的BN(C)结构以及高温氧化后形成的SiOx Ny致密氧化膜降低了氧气在氧化层中的扩散速率以及反应活性,使得SiBCN陶瓷具有比SiC陶瓷更加优异的高温抗氧化性能.