發(fā)布時(shí)間：2022-01-15 03:21

　　C/C復(fù)合材料具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能,是航空航天領(lǐng)域最具發(fā)展前景的結(jié)構(gòu)材料之一,但在高溫含氧環(huán)境中的氧化問題嚴(yán)重地限制了其實(shí)際應(yīng)用。涂層技術(shù)是提升基體抗氧化能力的有效手段,因ZrB₂-SiC陶瓷涂層具有優(yōu)異的抗氧化、抗燒蝕、抗熱震等性能,非常適合作為C/C復(fù)合材料的高溫防護(hù)涂層。首先,介紹了ZrB₂-SiC陶瓷涂層在氧化和燒蝕過程中組織結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律,闡明了該涂層的高溫防護(hù)機(jī)理;然后,綜述了該涂層的主要制備方法（包埋法、CVD、等離子噴涂）及每種方法的優(yōu)點(diǎn)與不足,并對(duì)不同方法所制備涂層的抗氧化性和抗燒蝕性進(jìn)行了比較;之后,針對(duì)該涂層研究和應(yīng)用中存在的問題,如涂層致密性差、元素分布不均勻、應(yīng)用溫度范圍窄、與基體熱匹配性差等,從粉體改性和摻雜改性兩方面總結(jié)了該涂層的改性研究現(xiàn)狀,重點(diǎn)闡述了對(duì)ZrB₂-SiC粉末進(jìn)行噴霧造粒和感應(yīng)等離子球化處理對(duì)于提升等離子噴涂涂層性能的重要意義;最后,從涂層制備、涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、涂層改性、涂層性能測(cè)試等方面,指出了該涂層體系存在的主要問題和未來(lái)的發(fā)展方向。 

【文章來(lái)源】：表面技術(shù). 2020,49(01)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

石墨表面SiC/ZrB2-SiC/ZrB2/SiC涂層燒蝕前后的形貌[31]

任俊杰等[41]在C/C復(fù)合材料表面SiC涂層的基礎(chǔ)上使用超音速等離子噴涂制備了ZrB2-SiC層，然后使用CVD法制備了SiC層，最終形成了SiC/ZrB2-SiC/SiC多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的涂層，涂層整體均勻致密，具有良好的抗氧化性和抗燒蝕性。但超音速等離子噴涂后，ZrB2-SiC層中的SiC含量較低，說明在噴涂過程中SiC出現(xiàn)了一定的分解。Niu等[42]使用低壓等離子噴涂設(shè)備在石墨表面制備了ZrB2-SiC涂層，經(jīng)XRD檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，涂層表面幾乎沒有SiC的峰存在，說明在等離子噴涂過程中，SiC分解十分嚴(yán)重。涂層的截面形貌如圖3所示，通過EDS面掃描發(fā)現(xiàn)Si的分布很不均勻，呈團(tuán)聚狀分布，涂層中的孔隙率較高。在1500℃進(jìn)行恒溫氧化測(cè)試，6 h后涂層開始失重，涂層表面也出現(xiàn)了較多的孔洞，說明涂層已基本失去了防護(hù)作用。圖3 ZrB2-SiC涂層的截面形貌及EDS面掃描圖[42]

圖2 等離子噴涂基本原理[35]使用等離子噴涂制備ZrB2-SiC涂層具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，涂層沉積速率快、涂層厚度易于控制、操作簡(jiǎn)便、適合大規(guī)模生產(chǎn)等。但使用等離子噴涂制備ZrB2-SiC涂層也存在一些問題，在等離子噴涂過程中，由于SiC的熔點(diǎn)和升華溫度接近，SiC會(huì)大量分解，使涂層中的Si含量嚴(yán)重下降且分布不均勻，在高溫氧化過程中，如果沒有均勻致密的SiO2層或硼硅玻璃層來(lái)阻擋氧氣滲透以及填充涂層中出現(xiàn)的孔洞和裂紋，涂層性能會(huì)明顯下降；涂層與基體之間為物理結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度差，在氧化過程中會(huì)因涂層和基體的熱膨脹系數(shù)差異較大而開裂；涂層的氣孔率較高，為氧氣擴(kuò)散提供了通道，使涂層性能下降[36-40]。直接使用等離子噴涂制備的ZrB2-SiC涂層的性能較差，通過優(yōu)化涂層的制備工藝、對(duì)噴涂粉體進(jìn)行改性，以提升等離子噴涂涂層的性能，是未來(lái)重要的發(fā)展方向。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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