化学世界

SiC/SiC陶瓷复合材料具有低密度、高强度、抗氧化、抗烧蚀、优异的高温力学性能，在未来的航空航天领域前景十分广阔。环境障涂层（Environment barrier coatings，EBC）是为了提高陶瓷复合基材料部件在高温腐蚀环境下稳定性的表面防护涂层。EBC研究主要集中在涂层材料、涂层结构等方面，大大提高涂层的高温稳定性和耐腐蚀性能。本文主要介绍了环境障涂层的发展历程，以及在涂层材料和涂层结构上的研究进展。     

Si基陶瓷表面环境障涂层的研究进展

硅基非氧化物陶瓷SiC、Si_3N_4是最有可能取代镍基高温合金作为在发动机热端部件中使用的高温结构材料。但是,在高温水汽的环境中,硅基陶瓷易受到高温水汽的腐蚀,生成挥发性产物造成陶瓷表面结构退化、尺寸减小,使其在工作环境中稳定性不足。在高温结构材料表面制备一层环境障涂层(Environmental Barrier Coatings,简称EBCs)是解决这一难题的有效方法。该涂层能够在腐蚀性介质、高速气流冲刷等恶劣环境设立一道屏障,阻止或减小环境对材料性能的影响,提高陶瓷基体的稳定性。本文回顾了环境障涂层的发展历史,并重点对多种环境障涂层体系的性能进行了介绍和评价。     

碳纤维增强碳复合材料高温抗氧化硅基陶瓷涂层的研究进展(英文)

碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)复合材料抗氧化问题一直是国际材料界研究的热点。硅基陶瓷作为C/C复合材料抗氧化涂层,是目前研究最深入的涂层体系。综述了国内外近几年C/C复合材料高温抗氧化硅基陶瓷涂层的研究进展,总结了C/C复合材料高温抗氧化硅基陶瓷涂层的制备工艺和对已有工艺的改进方法,分析了硅基陶瓷涂层在高温空气中、燃烧环境中的氧化失效机理。结合硅基非氧化物陶瓷(SiC,Si3N4等)环境障碍涂层的发展,展望了C/C复合材料在复杂环境中抗氧化涂层的研究方向。     

陶瓷基复合材料用环境障涂层专利分析研究

本文以环境障涂层专利数据为基础,从趋势、技术、地域、申请人四个维度研究分析了环境障涂层技术的发展过程和现状。分析结果表明：在发展趋势方面环境障涂层正处于较为活跃的研究发展阶段,并且随着陶瓷基复合材料的应用还将具有较为广阔的研究发展空间;在技术构成方面陶瓷涂层材料、制备工艺和应用领域是环境障涂层最主要的研究领域,并且从2014年开始环境障涂层逐渐成为国内外研究的热点;在地域分布方面环境障涂层技术的技术主导国是中国和美国,国外在材料、结构、工艺、应用等多个领域均有专利申请和布局,并且对于环境障涂层在航空发动机的应用更为关注,而中国目前主要集中于陶瓷涂层材料等基础研究领域;在申请人方面,国外申请人主要集中在GE、R-R等主流航空发动机公司,而国内主要集中在高校和研究院所,对环境障涂层技术持续研究和创新缺乏合理的规划,同时申请专利的质量还有待进一步提升。     

碳化硅陶瓷基复合材料基体和涂层改性研究进展EI北大核心CSCD

随着航空航天器性能的提高,其热端部件如航空发动机、高超音速飞行器的头锥及翼前缘等服役环境愈加苛刻。为了满足更苛刻的服役环境,需要对碳化硅陶瓷基复合材料(SiC matrix ceramic composites,CMC-Si C)进行基体或涂层改性以发展更长寿命、更耐高温和结构功能一体化的陶瓷基复合材料。介绍了航空航天器热端部件用CMC-SiC复合材料基体和涂层改性的研究进展、成果、现状及存在的问题,指出了今后需要着重解决改性CMC-SiC复合材料的工程化应用问题、发展具有更高使用温度的改性材料体系以及发展在发动机环境中应用的环境屏障涂层体系。     

SiCf/SiC复合材料高温抗氧化研究进展

连续SiC纤维增韧SiC陶瓷基复合材料(SiCf/SiC CMCs)具有低密度、优异的高温力学性能和抗氧化性能,在航空发动机热端部件上具有广阔的应用前景,具备提高发动机推重比和使用温度、减轻无效重量、简化系统结构等显著优势.延长SiCf/SiC复合材料在航空发动机高温氧化环境下的服役寿命是当前需要解决的难题.本文从纤维、界面相、基体、表面涂层四个方面综述了SiCf/SiC复合材料高温抗氧化研究进展.采用多元多层自愈合界面相、对基体进行改性以及采用表面自愈合整体涂层都可以有效提高SiCf/SiC复合材料在高温氧化环境中的使用稳定性和寿命.     

碳化硅陶瓷基复合材料基体和涂层改性研究进展

随着航空航天器性能的提高,其热端部件如航空发动机、高超音速飞行器的头锥及翼前缘等服役环境愈加苛刻。为了满足更苛刻的服役环境,需要对碳化硅陶瓷基复合材料(SiC matrix ceramic composites,CMC–Si C)进行基体或涂层改性以发展更长寿命、更耐高温和结构功能一体化的陶瓷基复合材料。介绍了航空航天器热端部件用CMC–SiC复合材料基体和涂层改性的研究进展、成果、现状及存在的问题,指出了今后需要着重解决改性CMC–SiC复合材料的工程化应用问题、发展具有更高使用温度的改性材料体系以及发展在发动机环境中应用的环境屏障涂层体系。     

氧化物纤维/氧化物陶瓷基复合材料研究概述

氧化物纤维，氧化物陶瓷基复合材料可以在高温氧化环境下长时间工作，是最有发展潜力的高温结构陶瓷材料之一。决定氧化物纤维，氧化物陶瓷基复合材料性能最主要的2个因素是氧化物纤维的性能和界面材料的组成与结构。笔者介绍了氧化物纤维和界面材料的发展，以及界面材料涂覆方法，并探讨了氧化物纤维，氧化物陶瓷基复合材料的发展趋势。     

碳纤维增强SiC陶瓷复合材料的研究进展

碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料具有良好的高温力学性能，是航空航天和能源等领域新的高温结构材料研究的热点之一．本文回顾了增强体碳纤维的发展，对材料的成型制备工艺，材料的抗氧化涂层研究进展和现有的一些应用做了综述，并展望了碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料以后的研究重点及发展前景．     

航天飞行器热防护系统技术综述

综述表明,C/C和C/SiC复合材料是宇宙输送系统飞行器前端部位热防护系统的最佳材料选择,多层抗氧化涂层、超高温陶瓷(UHTC)涂层、UHTC基体改性是提高其高温长期使用的有效途径。指出多层UHTC涂层、纳米级UHTC颗粒、火花等离子浇结(SPS)及碳气凝胶填充碳泡沫新型热防护结构等在高温热防护材料方面已显现出实际应用方向。     

纤维增强陶瓷基复合材料概述

连续纤维增强陶瓷基复合材料是最有前途的高温结构材料之一,以其优异的高韧性、高强度得到世界各国的高度重视。综述了纤维增韧陶瓷基复合材料的选材原则、主要的增韧机理、制备方法以及目前主要的界面改性方法。得到以下结论：纤维的选择必须满足工作环境的要求,纤维与基体之间要在热力学上相匹配;主要的增韧机理为载荷转移、微裂纹增韧、裂纹偏转、纤维脱粘和纤维拔出;复合材料的主要制备方法是热压法、CVI法和聚合物浸渍裂解法;目前最有效的界面改性方法是纤维表面涂层。用氧化物纤维作为增韧体,研究更加简单适用于大规模生产的制备方法,研究更加简单的涂层工艺是今后研究纤维增强陶瓷基复合材料的重点。     

碳纤维涂层碳化硅高温抗氧化性能研究

碳纤维材料以其良好的性能,在树脂基、陶瓷基、金属基等复合材料中得到了广泛的应用,但高温下容易被氧化,并严重的限制了碳纤维的应用范围.本文利用扫描电镜、透射电镜、电子探针、X射线光电子能谱分析、热重分析等对涂层碳纤维进行了高温(800℃)抗氧化性研究,得到了涂层的成分为SiC,通过可控气氛炉得到涂层碳纤维800℃高温下失...     

新型无机非金属材料展望

新材料在未来科技领域中占重要地垃,而新材料中,新型无机非金属材料又占整个新材料的主要地位。从现在起至下世纪初,新型无机非金属材料的发展主要集中在以下四个方面。１结构陶瓷随着宇航、航空、原子能和先进能源技术的发展,对高温、高强度材料提出了更高的要求,结构陶瓷以其高熔点、高硬度及优良化学稳定性及其它性能,在高温技术中得到越来越广泛的应用。目前高温结构陶瓷的主要目标仍然是燃气轮机、活塞发动机和磁流体发电机用材料。我国高温结构陶瓷的发展方向是:（１）多相复合陶瓷,包括纤维（或晶须）补强陶瓷基复合材料、颗粒弥散复…     

耐热复合材料的现状与展望

耐热复合材料是在高温下使用的一种结构材料,主要用于宇航器的发动机部件、机体的外壳,以及汽车发动机部件中的高温部位。耐热复合材料按基体分类大致为以下三种: (1) 聚合物基复合材料(PMC) (2) 金属基复合材料(MMC) (3) 陶瓷基复合材料(CMC) 上述复合材料的使用温度随PMC—MMC—CMC的顺序增加。下面介绍这三种复合材     

热喷涂镍-铬基涂层的高温氧化性能

为了提高钢体结构材料的高温氧化性能,采用超音速电弧喷涂技术和微弧等离子喷涂技术,在45钢基体上分别制备了Ni-Cr基涂层和Ni-Cr/ZrO2复合梯度涂层,对45钢基体、Ni-Cr基涂层和Ni-Cr/ZrO2复合梯度涂层进行了1100℃高温氧化实验,采用热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等方法研究了涂层的氧化性能.结果表明,Ni-Cr基涂层和Ni-Cr/ZrO2复合梯度涂层高温氧化后,表面组织结构致密,与45钢基体相比,具有更优良的抗高温氧化性能.     

稀土盐类热障/环境障涂层研究现状

随着航空航天等领域热端部件表面热障/环境障涂层的服役环境越来越恶劣，对涂层的性能要求显著提高，作为目前广泛应用的Y₂O₃部分稳定的ZrO₂(YSZ)材料，已经不能完全满足使用要求，所以开发新型兼具优异性能可用于高温环境的涂层材料日益重要。稀土盐类材料作为新型热障/环境障涂层材料，因其复杂的结构、低热导率和高热膨胀系数等优点，而被国内外学者广泛关注和研究。因此，综述了几种稀土盐类涂层材料的晶体结构、力学性能、热学性能，展望其发展前景。     

陶瓷基复合材料激光加工工艺研究获进展

航空、航天发动机的推重比与其热端部件的工作温度密切相关。长期以来，工程界致力于发展高温合金以提高工作温度。发动机的核心热端部件主要包括燃烧室、涡轮和加力燃烧室。下一代航空发动机的推重比大于12，要求提高热端部件的工作温度到接近2000K。这要求更新设计，使用陶瓷基复合材料（CMC）、单晶叶片等新材料和三维异型孔等先进冷却结构。陶瓷基复合材料（CMC）的精密去除加工技术是其应用于航空发动机的必备可靠技术。如何通过精密加工提高CMC与EBC的结合力成为研究热点。     

基于液相法的碳纤维复合材料抗氧化烧蚀技术研究进展

碳纤维增强陶瓷基复合材料是很重要的高温结构材料,在有氧环境下使用时,氧化烧蚀是导致其失效的首要原因.液相法是实施抗氧化保护的有效手段之一,本文从纤维保护、基体改性、整体涂层三个角度,综述了基于液相法的抗氧化烧蚀技术研究现状,分析了今后发展需要关注的问题.     

纤维增韧陶瓷基复合材料界面相的作用及其设计

本文综述了陶瓷基复合材料界面相的作用及其设计.指出:陶瓷基复合材料的界面性能决定其力学响应.界面相的保护作用要求其具有化学相容性和高温稳定性.通过对界面相材质的选择、组织结构及其厚度的控制进而可调节脱粘面上的滑移阻力,可达到兼顾材料的强度和韧性的目的.     

SiC/SiC复合材料及其应用

日本开发的Nicalon和Tyranno两种品牌的SiC纤维占有世界上绝对性的市场份额。SiC/SiC复合材料典型的界面层是500 nm厚的单层热解碳(PyC)涂层或多层(PyC-SiC)n涂层,在湿度燃烧环境及中高温条件下界面层的稳定性是应用研究的重点。SiC/SiC复合材料,包括CVI-SiC基体和日本开发的Tyranno hex和NITE-SiC基体等,具有耐高温、耐氧化性和耐辐射性的特点,在航空涡轮发动机部件、航天热结构部件及核聚变反应堆炉第一壁材料等方面正开展工程研制应用。