环境障涂层材料及结构的研究进展

陶瓷基复合材料(CMC)具有低密度、高强度、抗氧化、抗烧蚀和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(EBC)是为了提高陶瓷基复合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,目的是为了提高涂层的高温稳定性和耐腐蚀性能。介绍了环境障涂层的发展历程,以及涂层材料和涂层结构方面的研究进展。     

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。     

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。     

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。     

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．     

SiC复合陶瓷涂层的制备与实验研究

本文利用等离子喷涂技术制备SiC复合涂层。SiC是一种超硬材料,同时是一种耐高温材料,其具有优良的抗氧化和抗热震性能,但由于SiC没有物理熔点,2545℃分解,采用喷涂的方法不易制备优良的涂层。本文采用添加金属、陶瓷等助剂,用等离子喷涂的方法制备SiC-Y_2O_3-AI_2O_3复合涂层和SiC-FeAl复合涂层,通过XRD对其成分结构进行检测。结果表明SiC成功进入涂层内部,所得到的涂层中SiC-FeAl复合涂层具有非常好的抗热震性能。SiC-Y_2O_3-Al_2O_3复合陶瓷涂层抗高温热震性比较好,硬度和耐磨性很高。     

层状陶瓷Ti3SiC2的研究现状

新型层状陶瓷Ti3SiC2兼有金属和陶瓷的许多优良性能,具有高的热导率和电导率,易加工,同时具有良好的抗热震性、抗氧化性和高温稳定性.在高温结构陶瓷、电极材料、可加工陶瓷材料、自润滑材料等领域的应用有着很好的前景.本文综合评述了Ti3SiC2的性能、制备技术及应用等.     

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。     

C/C复合材料抗氧化耐高温SiC陶瓷涂层的研究

采用高温反应法和PVD法在SiC工业合成炉内制备了C/C复合材料耐高温抗氧化SiC陶瓷涂层.用XRD、SEM对其物相组成和显微结构进行了表征与分析,讨论了涂层的形成机理,并研究了其高温氧化性能.研究结果表明,所制备的陶瓷涂层主要由α-SiCβ-SiC组成,晶粒发育完整,涂层表面致密、无裂纹,且与碳基体结合紧密,涂层厚度约600μm,涂层抗氧化性良好,在1500℃空气中氧化10h失重约为0.3%.     

第11届无机非金属材料专题——陶瓷涂层与薄膜材料研讨会第一轮通知

正为了促进学科发展,充分发挥中国硅酸盐学会的学术交流优势和《硅酸盐学报》作为开展学术交流、学术争鸣重要阵地的作用,定于2019年8月23日～25日在陕西省西安市举办第11届无机非金属材料专题——陶瓷涂层与薄膜材料研讨会,研讨内容为:电子陶瓷薄膜、硅酸盐环境屏障涂层TBC/EBC、生物活性陶瓷涂层和光催化薄膜、光学薄膜、电池薄膜和厚膜。     

第11届无机非金属材料专题——陶瓷涂层与薄膜材料研讨会第一轮通知

正为了促进学科发展,充分发挥中国硅酸盐学会的学术交流优势和《硅酸盐学报》作为开展学术交流、学术争鸣重要阵地的作用,定于2019年8月23日-25日在陕西省西安市举办第11届无机非金属材料专题——陶瓷涂层与薄膜材料研讨会,研讨内容为:电子陶瓷薄膜、硅酸盐环境屏障涂层TBC/EBC、生物活性陶瓷涂层和光催化薄膜、光学薄膜、电池薄膜和厚膜。     

钛合金表面抗氧化玻璃-陶瓷涂层研究进展

抗氧化性差是影响钛合金在航空航天领域广泛应用的重要因素,提高抗氧化性成为钛合金研究的一个主要方向。玻璃-陶瓷涂层具有较宽的软化温度范围、良好的化学稳定性、高的机械强度,可作为钛合金高温抗氧化涂层。总结了钛合金表面抗氧化涂层材料的性能要求及玻璃-陶瓷抗氧化涂层材料的优缺点,综述了国内外钛合金表面抗氧化玻璃-陶瓷涂层的研究进展;展望了钛合金表面抗氧化玻璃-陶瓷涂层的发展方向。     

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。     

第11届无机非金属材料专题——陶瓷涂层与薄膜材料研讨会第一轮通知

正为了促进学科发展,充分发挥中国硅酸盐学会的学术交流优势和《硅酸盐学报》作为开展学术交流、学术争鸣重要阵地的作用,定于2019年8月23日～25日在陕西省西安市举办第11届无机非金属材料专题——陶瓷涂层与薄膜材料研讨会,研讨内容为:电子陶瓷薄膜、硅酸盐环境屏障涂层TBC/EBC、生物活性陶瓷涂层和光催化薄膜、光学薄膜、电池薄膜和厚膜。一、会议组织     

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。     

Cf/SiC 复合材料的 ZrB2-SiC/SiC 超高温陶瓷涂层研究

采用两步包埋法在Cf/SiC复合材料表面制备了Zr B_2-SiC/SiC超高温陶瓷涂层。借助SEM、XRD对涂层的微观结构及物相组成进行了分析研究,并进行了高温静态氧化和热震测试。研究表明,1500°C氧化5 h后,涂层表面覆盖有平整的玻璃相氧化层,氧化失重率为6.4%;热震测试10次后涂层的氧化失重率为14%。Zr B_2-SiC/SiC涂层能有效提高Cf/SiC复合材料的高温抗氧化性能。     

原位合成TiB2-SiC基复相陶瓷及其高温摩擦学性能的研究

本研究以SiC为基体，用TiC和B4C为原料，采用新的反应原理生成TiB2，原位合成了TiB2-SiC基复相陶瓷，提高了SiC陶瓷的物理性能和高温摩擦学性能：随着材料中TiB2物相重量百分比的增加，材料的高温摩擦学性能提高。在以下摩擦环境参数下TiB2（wt25％）SiC基复相陶瓷自对偶在空气中高温摩擦磨损性能较好，呈现良好的高温自润滑性能：在升温状态下、空气中、环境温度为200℃-1000℃、外加载荷为0．2MPa、摩擦速度为0．3m／s，温度和外加载荷对TiB2-SiC基复相陶瓷自对偶比磨损率的影响具有依存性。高温摩擦氧化是TiB2-SiC基复相陶瓷自对偶高温磨损主要机理，磨损试样磨损断面包含摩擦氧化层、过渡层和基体亚表面三层。氧化层和过渡层接触紧密；磨屑具有典型包裹结构。     

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...     

Ti3SiC2/4SiC复相陶瓷的高温力学性能研究

为了进一步了解Ti3SiC2/nSiC复合材料优良的综合性能,特别是其高温力学性能,本文以热等静压原位合成技术制备的Ti3SiC2/4SiC复相陶瓷为试验材料,对其高温拉伸和高温弯曲行为进行研究。结果表明:Ti3SiC2/4SiC复相陶瓷的高温抗拉强度比室温抗拉强度高;Ti3SiC2/4SiC复相陶瓷的高温抗弯强度在900℃出现一极大值,1000℃后具有好的高温塑性。