等离子喷涂ZrB 2 /SiC涂层微结构控制与抗烧蚀性能表征

发布时间：2023-02-23 19:47

　　本文针对APS在C/C基体表面制备ZrB2/SiC复合陶瓷涂层的工艺及抗氧化烧蚀性能开展了研究工作。利用IPS对ZrB2/SiC团聚粉体进行了烧结致密化处理，获得了适用于APS工艺的粉末原料，研究了ZrB2/SiC团聚粉体在IPS工艺中的致密化机理及控制方式；在等离子射流场特征形成原理的基础上对等离子射流场加以控制，以满足ZrB2/SiC粉末对等离子射流场的要求，得到了具有一定致密度和结合强度的涂层，并研究了射流场状态对涂层性能的影响；评价了ZrB2/SiC涂层在不同燃流条件下的抗氧化烧蚀性能，揭示了ZrB2/SiC涂层在氧化烧蚀环境中的演化机制，并探讨了涂层的失效机理。 ZrB2/SiC粉末在IPS处理过程中，由于温度的升高使得ZrB2颗粒与SiC颗粒发生共熔，产生的熔液对缺陷进行填充，并对颗粒组织进行包裹，之后熔液在极短的时间内冷却至室温，呈现快速熔凝组织存在颗粒组织之间，该组织在改变颗粒间联接方式的同时，对粉末中的缺陷进行了封填，使得粉末获得较高的致密度并提高了自身强度。使其在APS工艺过程中输送稳定性提高、不易破碎，能够得到完整的变形颗粒。在IPS处理过程中能够获影响粉末烧结率...

【文章页数】：146 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 C/C
    1.3 C/C 高温抗氧化烧蚀涂层
        1.3.1 C/C 抗氧化烧蚀涂层用材料
        1.3.2 C/C 抗氧化烧蚀涂层的结构
        1.3.3 C/C 基体高温抗氧化烧蚀涂层制备工艺
    1.4 本文研究内容
        1.4.1 研究的目的和意义
        1.4.2 研究内容
    参考文献
第2章 ZrB₂/SiC 涂层抗氧化烧蚀性能的试验与研究方法
    2.1 引言
    2.2 试验原料
        2.2.1 涂层基体材料
        2.2.2 包埋 SiC 层粉末原料
        2.2.3 等离子喷涂用 ZrB₂/SiC 复合粉末制备原料
        2.2.4 其他试验原料
    2.3 试验设备
        2.3.1 ZrB₂/SiC 粉末团聚设备
        2.3.2 感应等离子球化烧结设备
        2.3.3 控制气氛等离子喷涂设备
        2.3.4 真空气氛压力炉
        2.3.5 涂层抗氧化烧蚀性能考核设备
        2.3.6 观察与测量设备
    2.4 试验方法与参数
        2.4.1 试验方案与流程
        2.4.2 包埋法制备 SiC 层
        2.4.3 ZrB₂/SiC 粉末团聚造粒
        2.4.4 感应等离子球化烧结
        2.4.5 ZrB₂/SiC 涂层制备
        2.4.6 ZrB₂/SiC 复合陶瓷涂层抗氧化烧蚀性能考核
        2.4.7 粉末流动性及松装密度的测量
        2.4.8 ZrB₂/SiC 粉末烧结率测量
        2.4.9 涂层基本力学性能测试
        2.4.10 涂层孔隙率的测算
        2.4.11 涂层氧化烧蚀率的测算
    参考文献
第3章 ZrB₂/SiC 复合陶瓷粉末的合成与致密化控制研究
    3.1 引言
    3.2 喷雾干燥造粒法制备 ZrB₂/SiC 团聚粉体特征
        3.2.1 ZrB₂/SiC 团聚粉体形貌特征
        3.2.2 ZrB₂/SiC 团聚粉体成分分布特征
        3.2.3 ZrB₂/SiC 团聚粉体的 APS 工艺适应性
    3.3 ZrB₂/SiC 粉末感应等离子烧结致密化机理及特征
        3.3.1 Z3S1 团聚粉体 IPS 处理处理后的成分及形貌特征
        3.3.2 感应等离子烧结工艺对 ZrB₂/SiC 粉末 APS 工艺适应性的改进
        3.3.3 致密 Z3S1 颗粒的特征
        3.3.4 非致密 Z3S1 粉末的特征
        3.3.5 快速熔凝组织的形成机理及对粉末致密性的影响
    3.4 Z3S1 粉末致密度的控制与优化
        3.4.1 IPS 工艺参数的设计与优化
        3.4.2 Z3S1 团聚颗粒尺寸对烧结率的影响
    3.5 IPS 对不同成分比例 ZrB₂/SiC 团聚粉体的处理效果
    3.6 本章结论
    参考文献
第4章 ZrB₂/SiC 复合陶瓷涂层制备与致密性控制的研究
    4.1 引言
    4.2 APS 制备 ZrB₂/SiC 涂层特征
        4.2.1 Z3S1 涂层形貌及组织结构特征
        4.2.2 APS 制备 Z3S1 涂层组织特征的形成机理
        4.2.3 APS 制备 Z3S1 涂层成分分布特征
        4.2.4 APS 制备 Z3S1 涂层沉积率及基本性能
    4.3 APS 喷涂射流场控制装置设计制备 ZrB₂/SiC 复合陶瓷涂层
        4.3.1 射流场控制装置
        4.3.2 PFC 装置对等离子射流场特征的影响
        4.3.3 PFC 装置对粉末飞行状态的影响
        4.3.4 PFC-APS 喷涂 Z3S1 粉末变形后的形貌以及组织
        4.3.5 PFC-APS 制备 Z3S1 涂层特征
    4.4 PFC-APS 制备 ZrB₂/SiC 涂层特性控制与工艺优化
    4.5 PFC-APS 工艺制备对 ZrB₂/SiC 成分比例变化的适应性研究
    4.6 本章结论
    参考文献
第5章 ZrB₂/SiC 涂层抗氧化烧蚀性能的考核与研究
    5.1 引言
    5.2 C/C 的抗氧化烧蚀性能
    5.3 ZrB₂/SiC 涂层抗氧化烧蚀规律
        5.3.1 OAF 抗氧化烧蚀规律
        5.3.2 SCF 抗氧化烧蚀规律
    5.4 ZrB₂/SiC 涂层氧化烧蚀过程与失效机理
        5.4.1 SiC 被动氧化生成 SiO2

        5.4.2 SiC 主动氧化生成 SiO₂

        5.4.3 SiO₂的汽化消耗
    5.5 ZrB₂/SiC 涂层失效机理
        5.5.1 ZrB₂/SiC 涂层 OAF 烧蚀失效机理
        5.5.2 ZrB₂/SiC 涂层 SCF 烧蚀失效机理
    5.6 本章结论
    参考文献
全文结论
攻读学位期间发表论文与研究成果
致谢



本文编号：3748636

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