本實驗主要針對在球形燃料元件基體石墨樣品上用流化床化學(xué)氣相沉積工藝所制備的致密SiC抗氧化涂層,于1400℃下,對其在水蒸氣及與空氣混合氣氛中的氧化行為進行研究與機理分析。結(jié)果表明,氣氛對氧化層厚度有顯著影響。單一水蒸氣情況下,所得氧化層的厚度均比混合氣氛的氧化層厚度薄。單一水蒸氣氧化后的樣品比混合氣氛氧化的樣品具有更平整的表面、更輕微的點狀開裂和更小的線性裂紋。致密SiC涂層氧化均發(fā)生在表面,沒有破壞致密層的結(jié)構(gòu)。氧化機理分析表明,致密SiC涂層的表面形貌變化、裂紋的產(chǎn)生以及厚度變化等均與氧化競爭反應(yīng)和氧化中間產(chǎn)物有關(guān)。致密SiC涂層在空氣和水蒸氣等不同環(huán)境的氧化過程中,均能在表面形成一定厚度的SiO₂自愈合層,且10 h的氧化后,涂層的氧化深度僅在表層的3.5μm以內(nèi),沒有破壞致密層結(jié)構(gòu)。 

【文章來源】：稀有金屬材料與工程. 2020,49(02)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

SiC涂層表面微觀形貌Fig.1MorphologiesofSiCcoatingConvexityFault2μmlocation2μm

，氧化層厚度見表2，由表2可見，所有的氧化層厚度均小于3.5μm。綜上可知，1400℃高溫下，致密SiC涂層在不同的空氣和水蒸氣的氧化介質(zhì)中，會出現(xiàn)氧化損耗現(xiàn)象。SiC晶粒氧化生成SiO2相，所以致密SiC涂層涂覆樣品在氧化后測試均表現(xiàn)為增重。由于SiC的氧化僅發(fā)生在表面，不會破壞涂層的致密結(jié)構(gòu)，所以涂層內(nèi)基體不會與氧化性介質(zhì)接觸，涂層的抗氧化性能優(yōu)異。2.2涂層氧化前后物相構(gòu)成分析致密SiC涂層樣品氧化前的XRD和Raman分析圖3SiC涂層在1400℃不同水蒸氣含量的空氣中氧化10h后的表面微觀形貌Fig.3MorphologiesofsurfaceofSiCcoatingafteroxidationat1400℃for10hinwetairwithdifferentwatervapourcontents:(a,b)5g/m3;(c,d)10g/m3;(e,f)50g/m3;(g,h)100g/m310μm2μmaba5μmLinearcrackDotcrack20μmbcdefgh20μm20μm20μm5μm5μm5μm

·528·稀有金屬材料與工程第49卷圖2SiC涂層斷面微觀形貌Fig.2MorphologiesofsectionofSiCcoating含量達到10g/m3時（圖3c、3d），涂層表面氧化后的平整度相對更好，裂紋和孔洞均比較少。空氣中水蒸氣含量為50g/m3（圖3e、3f）時，涂層表面的開裂和孔洞更明顯，且裂紋更寬。當(dāng)水蒸氣含量相同而不含空氣時，即表2中實驗條件5的情況下，涂層的氧化形貌如圖4所示。水蒸氣含量為10g/m3，分別采用空氣和高純He氣載帶，氧化后表面和特征區(qū)域微觀形貌如圖3c、3d和圖4a、4b所示。可以發(fā)現(xiàn)，在水蒸氣含量相同的條件下，He氣環(huán)境中純水蒸氣氧化的樣品比空氣環(huán)境中氧化后的表面更加平整和致密，特征區(qū)域的點狀開裂和線性裂紋均更校圖5顯示了SiC涂層樣品在不同水蒸氣含量的空氣中氧化10h后的斷面微觀形貌�？梢园l(fā)現(xiàn)，在水蒸氣含量從5g/m3增大到10g/m3時，氧化層厚度增大；而從10g/m3增大到50g/m3時，氧化層的厚度減��；當(dāng)水蒸氣含量達到100g/m3時，氧化層再次增大，且氧化層更粗糙多孔。圖6是SiC涂層樣品在純水蒸氣環(huán)境下的氧化形貌。對比圖5c、5d與圖6a、6b可以發(fā)現(xiàn)，單一的水蒸氣氧化相比于水蒸氣和空氣混合氧化，氧化層厚度也有明顯變薄現(xiàn)象。不同條件下，氧化層厚度見表2，由表2可見，所有的氧化層厚度均小于3.5μm。綜上可知，1400℃高溫下，致密SiC涂層在不同的空氣和水蒸氣的氧化介質(zhì)中，會出現(xiàn)氧化損耗現(xiàn)象。SiC晶粒氧化生成SiO2相，所以致密SiC涂層涂覆樣品在氧化后測試均表現(xiàn)


本文編號：3304951