石墨和C/C复合材料表面ZrB 2 -SiC陶瓷涂层的研究进展

发布时间：2022-01-15 03:21

　　C/C复合材料具有优异的高温力学性能,是航空航天领域最具发展前景的结构材料之一,但在高温含氧环境中的氧化问题严重地限制了其实际应用。涂层技术是提升基体抗氧化能力的有效手段,因ZrB₂-SiC陶瓷涂层具有优异的抗氧化、抗烧蚀、抗热震等性能,非常适合作为C/C复合材料的高温防护涂层。首先,介绍了ZrB₂-SiC陶瓷涂层在氧化和烧蚀过程中组织结构的演变规律,阐明了该涂层的高温防护机理;然后,综述了该涂层的主要制备方法（包埋法、CVD、等离子喷涂）及每种方法的优点与不足,并对不同方法所制备涂层的抗氧化性和抗烧蚀性进行了比较;之后,针对该涂层研究和应用中存在的问题,如涂层致密性差、元素分布不均匀、应用温度范围窄、与基体热匹配性差等,从粉体改性和掺杂改性两方面总结了该涂层的改性研究现状,重点阐述了对ZrB₂-SiC粉末进行喷雾造粒和感应等离子球化处理对于提升等离子喷涂涂层性能的重要意义;最后,从涂层制备、涂层结构设计、涂层改性、涂层性能测试等方面,指出了该涂层体系存在的主要问题和未来的发展方向。 

【文章来源】：表面技术. 2020,49(01)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

石墨表面SiC/ZrB2-SiC/ZrB2/SiC涂层烧蚀前后的形貌[31]

任俊杰等[41]在C/C复合材料表面SiC涂层的基础上使用超音速等离子喷涂制备了ZrB2-SiC层，然后使用CVD法制备了SiC层，最终形成了SiC/ZrB2-SiC/SiC多层复合结构的涂层，涂层整体均匀致密，具有良好的抗氧化性和抗烧蚀性。但超音速等离子喷涂后，ZrB2-SiC层中的SiC含量较低，说明在喷涂过程中SiC出现了一定的分解。Niu等[42]使用低压等离子喷涂设备在石墨表面制备了ZrB2-SiC涂层，经XRD检测发现，涂层表面几乎没有SiC的峰存在，说明在等离子喷涂过程中，SiC分解十分严重。涂层的截面形貌如图3所示，通过EDS面扫描发现Si的分布很不均匀，呈团聚状分布，涂层中的孔隙率较高。在1500℃进行恒温氧化测试，6 h后涂层开始失重，涂层表面也出现了较多的孔洞，说明涂层已基本失去了防护作用。图3 ZrB2-SiC涂层的截面形貌及EDS面扫描图[42]

图2 等离子喷涂基本原理[35]使用等离子喷涂制备ZrB2-SiC涂层具有独特的优势，涂层沉积速率快、涂层厚度易于控制、操作简便、适合大规模生产等。但使用等离子喷涂制备ZrB2-SiC涂层也存在一些问题，在等离子喷涂过程中，由于SiC的熔点和升华温度接近，SiC会大量分解，使涂层中的Si含量严重下降且分布不均匀，在高温氧化过程中，如果没有均匀致密的SiO2层或硼硅玻璃层来阻挡氧气渗透以及填充涂层中出现的孔洞和裂纹，涂层性能会明显下降；涂层与基体之间为物理结合，结合强度差，在氧化过程中会因涂层和基体的热膨胀系数差异较大而开裂；涂层的气孔率较高，为氧气扩散提供了通道，使涂层性能下降[36-40]。直接使用等离子喷涂制备的ZrB2-SiC涂层的性能较差，通过优化涂层的制备工艺、对喷涂粉体进行改性，以提升等离子喷涂涂层的性能，是未来重要的发展方向。

【参考文献】：
期刊论文
[1]喷雾干燥法制备PS-PVD用8YSZ纳米团聚粉末[J]. 殷建安,刘敏,张小锋,邓春明,邓子谦,曾德长.  表面技术. 2018(10)
[2]超音速等离子喷涂制备ZrB2-SiC基涂层C/C复合材料的氧化烧蚀性能研究[J]. 任俊杰,姚西媛,李克智,姚栋嘉.  中国材料进展. 2017(01)
[3]感应等离子球化Sm2Zr2O7粉末涂层性能研究[J]. 高斌,王全胜,柳彦博,张锐,陈东,王皓.  热喷涂技术. 2015(04)
[4]超高温材料的研究现状与展望[J]. 张磊磊,付前刚,李贺军.  中国材料进展. 2015(09)
[5]等离子喷涂技术现状及应用[J]. 王吉孝,蒋士芹,庞凤祥.  机械制造文摘(焊接分册). 2012(01)
[6]射频等离子体球化钛粉的工艺研究[J]. 古忠涛,叶高英,刘川东,童洪辉.  粉末冶金技术. 2010(02)
[7]CVD技术的应用与进展[J]. 赵峰,杨艳丽.  热处理. 2009(04)
[8]等离子喷涂技术现状及发展[J]. 陈丽梅,李强.  热处理技术与装备. 2006(01)
[9]化学气相沉积技术的研究及在无机材料制备中的应用进展（待续）[J]. 唐新峰,袁润章.  武汉工业大学学报. 1994(02)



本文编号：3589802