致密SiC涂层在水蒸气及与空气混合气氛中的氧化行为
发布时间：2021-07-27 03:11
本实验主要针对在球形燃料元件基体石墨样品上用流化床化学气相沉积工艺所制备的致密SiC抗氧化涂层,于1400℃下,对其在水蒸气及与空气混合气氛中的氧化行为进行研究与机理分析。结果表明,气氛对氧化层厚度有显著影响。单一水蒸气情况下,所得氧化层的厚度均比混合气氛的氧化层厚度薄。单一水蒸气氧化后的样品比混合气氛氧化的样品具有更平整的表面、更轻微的点状开裂和更小的线性裂纹。致密SiC涂层氧化均发生在表面,没有破坏致密层的结构。氧化机理分析表明,致密SiC涂层的表面形貌变化、裂纹的产生以及厚度变化等均与氧化竞争反应和氧化中间产物有关。致密SiC涂层在空气和水蒸气等不同环境的氧化过程中,均能在表面形成一定厚度的SiO2自愈合层,且10 h的氧化后,涂层的氧化深度仅在表层的3.5μm以内,没有破坏致密层结构。
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2020,49(02)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
SiC涂层表面微观形貌Fig.1MorphologiesofSiCcoatingConvexityFault2μmlocation2μm
，氧化层厚度见表2，由表2可见，所有的氧化层厚度均小于3.5μm。综上可知，1400℃高温下，致密SiC涂层在不同的空气和水蒸气的氧化介质中，会出现氧化损耗现象。SiC晶粒氧化生成SiO2相，所以致密SiC涂层涂覆样品在氧化后测试均表现为增重。由于SiC的氧化仅发生在表面，不会破坏涂层的致密结构，所以涂层内基体不会与氧化性介质接触，涂层的抗氧化性能优异。2.2涂层氧化前后物相构成分析致密SiC涂层样品氧化前的XRD和Raman分析图3SiC涂层在1400℃不同水蒸气含量的空气中氧化10h后的表面微观形貌Fig.3MorphologiesofsurfaceofSiCcoatingafteroxidationat1400℃for10hinwetairwithdifferentwatervapourcontents:(a,b)5g/m3;(c,d)10g/m3;(e,f)50g/m3;(g,h)100g/m310μm2μmaba5μmLinearcrackDotcrack20μmbcdefgh20μm20μm20μm5μm5μm5μm
·528·稀有金属材料与工程第49卷图2SiC涂层断面微观形貌Fig.2MorphologiesofsectionofSiCcoating含量达到10g/m3时（图3c、3d），涂层表面氧化后的平整度相对更好，裂纹和孔洞均比较少。空气中水蒸气含量为50g/m3（图3e、3f）时，涂层表面的开裂和孔洞更明显，且裂纹更宽。当水蒸气含量相同而不含空气时，即表2中实验条件5的情况下，涂层的氧化形貌如图4所示。水蒸气含量为10g/m3，分别采用空气和高纯He气载带，氧化后表面和特征区域微观形貌如图3c、3d和图4a、4b所示。可以发现，在水蒸气含量相同的条件下，He气环境中纯水蒸气氧化的样品比空气环境中氧化后的表面更加平整和致密，特征区域的点状开裂和线性裂纹均更校图5显示了SiC涂层样品在不同水蒸气含量的空气中氧化10h后的断面微观形貌。可以发现，在水蒸气含量从5g/m3增大到10g/m3时，氧化层厚度增大；而从10g/m3增大到50g/m3时，氧化层的厚度减小；当水蒸气含量达到100g/m3时，氧化层再次增大，且氧化层更粗糙多孔。图6是SiC涂层样品在纯水蒸气环境下的氧化形貌。对比图5c、5d与图6a、6b可以发现，单一的水蒸气氧化相比于水蒸气和空气混合氧化，氧化层厚度也有明显变薄现象。不同条件下，氧化层厚度见表2，由表2可见，所有的氧化层厚度均小于3.5μm。综上可知，1400℃高温下，致密SiC涂层在不同的空气和水蒸气的氧化介质中，会出现氧化损耗现象。SiC晶粒氧化生成SiO2相，所以致密SiC涂层涂覆样品在氧化后测试均表现
本文编号：3304951
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2020,49(02)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
SiC涂层表面微观形貌Fig.1MorphologiesofSiCcoatingConvexityFault2μmlocation2μm
，氧化层厚度见表2，由表2可见，所有的氧化层厚度均小于3.5μm。综上可知，1400℃高温下，致密SiC涂层在不同的空气和水蒸气的氧化介质中，会出现氧化损耗现象。SiC晶粒氧化生成SiO2相，所以致密SiC涂层涂覆样品在氧化后测试均表现为增重。由于SiC的氧化仅发生在表面，不会破坏涂层的致密结构，所以涂层内基体不会与氧化性介质接触，涂层的抗氧化性能优异。2.2涂层氧化前后物相构成分析致密SiC涂层样品氧化前的XRD和Raman分析图3SiC涂层在1400℃不同水蒸气含量的空气中氧化10h后的表面微观形貌Fig.3MorphologiesofsurfaceofSiCcoatingafteroxidationat1400℃for10hinwetairwithdifferentwatervapourcontents:(a,b)5g/m3;(c,d)10g/m3;(e,f)50g/m3;(g,h)100g/m310μm2μmaba5μmLinearcrackDotcrack20μmbcdefgh20μm20μm20μm5μm5μm5μm
·528·稀有金属材料与工程第49卷图2SiC涂层断面微观形貌Fig.2MorphologiesofsectionofSiCcoating含量达到10g/m3时（图3c、3d），涂层表面氧化后的平整度相对更好，裂纹和孔洞均比较少。空气中水蒸气含量为50g/m3（图3e、3f）时，涂层表面的开裂和孔洞更明显，且裂纹更宽。当水蒸气含量相同而不含空气时，即表2中实验条件5的情况下，涂层的氧化形貌如图4所示。水蒸气含量为10g/m3，分别采用空气和高纯He气载带，氧化后表面和特征区域微观形貌如图3c、3d和图4a、4b所示。可以发现，在水蒸气含量相同的条件下，He气环境中纯水蒸气氧化的样品比空气环境中氧化后的表面更加平整和致密，特征区域的点状开裂和线性裂纹均更校图5显示了SiC涂层样品在不同水蒸气含量的空气中氧化10h后的断面微观形貌。可以发现，在水蒸气含量从5g/m3增大到10g/m3时，氧化层厚度增大；而从10g/m3增大到50g/m3时，氧化层的厚度减小；当水蒸气含量达到100g/m3时，氧化层再次增大，且氧化层更粗糙多孔。图6是SiC涂层样品在纯水蒸气环境下的氧化形貌。对比图5c、5d与图6a、6b可以发现，单一的水蒸气氧化相比于水蒸气和空气混合氧化，氧化层厚度也有明显变薄现象。不同条件下，氧化层厚度见表2，由表2可见，所有的氧化层厚度均小于3.5μm。综上可知，1400℃高温下，致密SiC涂层在不同的空气和水蒸气的氧化介质中，会出现氧化损耗现象。SiC晶粒氧化生成SiO2相，所以致密SiC涂层涂覆样品在氧化后测试均表现
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