聚碳硅烷基复合涂层PCS裂解行为及其抗激光烧蚀性能

针对高性能激光防护涂层的开发问题,根据聚碳硅烷(PCS)裂解时会消耗大量激光能量,并产生高温陶瓷保护相的特点,本研究创新性地提出在传统氧化钇稳定氧化锆(YSZ)隔热涂层表面再复合PCS烧蚀型涂层的防护思路,采用料浆法结合大气等离子喷涂技术(APS)在Ni基合金表面分别制备了NiCrAlY/YSZ/PCS-TiO₂(YPT)和NiCrAlY/YSZ/PCS-Y₂O₃(YPY)涂层。在研究TiO₂和Y₂O₃添加相对PCS裂解行为影响的基础上,系统研究了YPT和YPY复合涂层对10.6μm CO₂激光器的抗激光烧蚀性能,并与单层YSZ涂层进行比较。结果表明, YPY和YPT复合涂层比传统YSZ涂层的激光防护效果更好,这是因为在激光烧蚀初期,涂层表面的PCS裂解会消耗激光能量,且烧蚀后残余的Y₂SiO₅、SiC和SiO₂相会沉积在YSZ涂层上,形成致密的保护层,继续对YSZ涂层...     

树脂基复合材料表面隔热涂层的组织与性能研究

以碳纤维增强环氧树脂作为基体材料, 设计并制备了一种轻质、环保的隔热涂层。为解决基体材料与涂层之间热膨胀系数差别大导致易于开裂的问题, 同时实现具有高反射率和低热导率的目标, 通过添加聚氨酯、TiO₂、SiO₂、Al₂O₃等填料制备连接层、阻隔层、反射层等三个不同功能层形成复合隔热涂层。通过优化涂层脱落时间、反射率、热导率等, 得到连接层、阻隔层、反射层最优厚度分别为80、120和90 μm。优化后的隔热涂层具有优异性能: 涂层的反射率高达0.95, 导热系数为0.048 W·m ^-1·K ^-1, 隔热温差为20.1 ℃; 耐热冲击性能良好, 190 ℃的最大失重率为3.7%, 并在随后保持稳定; 在160 ℃连续保温4 h后表面变黄, 但无明显脱落现象, 同时, 纳米填料颗粒保持原状态。     

浆料浸渍法制备C/C-SiC-ZrB2超高温复合材料及其烧蚀性能研究

采用浆料浸渍法引入ZrB₂微粉作为耐超高温相, 以炭纤维为增强体, 以热解炭和SiC为基体, 制备了ZrB₂含量不同的耐超高温C/C-SiC-ZrB₂复合材料; 通过电弧风洞考核材料的抗烧蚀性能, 通过XRD、SEM和EDS分析材料的烧蚀机理。结果表明: 在Ma 6电弧风洞条件下, C/C-SiC-ZrB₂复合材料的抗烧蚀性能优于C/C-SiC, 且随着ZrB₂含量的增加, 抗烧蚀性能随之提高; 在高温阶段形成的ZrO₂-SiO₂玻璃态熔融层起到了抗氧化烧蚀的作用。     

高反射率抗激光烧蚀涂层的制备及数值模拟研究

以TiO₂为颜料, 硅酸钾为粘结剂(以下简称KS-T), 采用空气喷涂的方法, 在铝基底上制备了一种抗激光烧蚀涂层。研究了粉体粒径大小、固含量、涂层厚度等因素对涂层反射率的影响, 获得了1064 nm激光波段下反射率达到96.8%的KS-T涂层。基于热传导方程建立三维有限元模型模拟材料的瞬态温度场分布, 测量激光辐照过程中铝基底的背底温度变化, 与模拟结果相比较, 发现KS-T涂层可以有效地保护基底不被激光烧蚀。模拟结果显示, 在辐照一段时间后, 样品的反射率出现了下降的现象, 分析了反射率下降的可能原因;计算结果还表明考虑界面热阻(ITR)后, 涂层/基底界面处出现一个明显的温降, 阻止热流向基底的传输, 从而使铝基底保持一个较低的温度。     

惰性无机填料比例和颗粒尺寸对纳米Al/Al2O3 改性有机硅涂料抗高温氧化行为的影响

本文研究了纳米ZrO₂、亚微米碳化硅、微米玻璃粉(软化点450℃)填料含量对304不锈钢表面纳米Al/Al₂O₃改性有机硅涂层的600℃高温氧化行为的影响。在1000 h氧化测试过程中,不锈钢样品表面涂层未出现剥落,未观察到基体氧化膜,说明涂层具有良好的抗氧化性能。对氧化后样品的显微观察表明,ZrO₂、SiC和玻璃粉质量分数分别为7%、7%和3%时的涂层中未出现微孔,而玻璃粉质量分数为7%的两种涂层中则出现了大量的微孔。相应地,前者的氧化增重也仅为后两者的约60%,这说明减少玻璃粉的添加量,可消除涂层微孔,有利于提高涂层的抗氧化性能。     

无机涂层改善锂离子电池聚烯烃隔膜性能研究

为了提高锂离子电池用聚烯烃微孔膜的综合性能, 在商用Celgard膜表面涂布ZrO₂无机涂层, 粘结剂选用电池用聚偏氟乙烯。对比分析涂覆前后的隔膜发现, ZrO₂涂层可以显著提高Celgard膜的热尺寸稳定性和热熔化温度, 对提高锂离子电池安全性起到积极作用。同时无机涂层还能明显改善隔膜对电解液的浸润性, 复合隔膜具有更好的保液能力, 以涂有ZrO₂涂层的Celgard膜作为隔膜组装锂离子电池,可以显著提高长期充放电循环时电池容量保持率。     

不同ZrC含量的(C/C)/SiC-ZrC复合材料的抗烧蚀性能

采用先驱体转化(PIP)法制备了不同ZrC含量的(C/C)/SiC-ZrC复合材料,考察了ZrC含量对复合材料微观结构和抗烧蚀性能的影响。结果表明,氧乙炔烧蚀600 s后,(C/C)/SiC复合材料表面疏松,出现了较大的烧蚀凹坑;而(C/C)/SiC-ZrC复合材料表面相对较致密,被白色氧化物质覆盖,烧蚀率均有所降低。在较低的ZrC含量下,(C/C)/SiC-ZrC复合材料表面形成ZrO₂-SiO₂二元共熔体系氧化膜,有效抑制氧化性气氛向复合材料内部渗透,同时氧化物不断熔化和挥发,降低了复合材料烧蚀表面的温度;而当ZrC体积分数为12.4vol%时,在烧蚀过程中(C/C)/SiC-ZrC复合材料表面能形成一个ZrO₂外层/SiO₂内层的双层结构保护膜,ZrO₂是一种优异的热障材料,且导热系数较低,使烧蚀过程中烧蚀区域热扩散降低,因此(C/C)/SiC-ZrC复合材料表现为较高的表面温度,但双层氧化膜阻挡有氧气氛进一步进入复合材料内部,使复合材料表现出优异的抗烧蚀性能。      

C/C复合材料高熵氧化物涂层抗烧蚀性能

新一代高超声速飞行器热端部件服役温度不断提高,对表面防护涂层的相稳定性和抗烧蚀性能提出了更高的要求。本工作针对传统过渡金属氧化物ZrO₂、HfO₂涂层开展高熵化设计,采用高温固相反应结合超音速大气等离子喷涂制备(Hf_0.125Zr_0.125Sm_0.25Er_0.25Y_0.25)O_2-δ(M1R3O)、(Hf_0.2Zr_0.2Sm_0.2Er_0.2Y_0.2)O_2-δ(M2R3O)、(Hf_0.25Zr_0.25-Sm_0.167Er_0.167Y_0.167)O_2-δ(M3R3O)三种高熵氧化物涂层,探究稀土组元含量对高熵氧化物涂层的相结构演变规律、相稳定性以及抗烧蚀性能...     

CeO2含量对镓酸盐玻璃耐辐照性能的影响

镓酸盐玻璃是各种光学元件和头罩的理想材料，但是耐辐照性能较弱。采用不同含量的CeO₂掺杂镓酸盐玻璃，通过差热分析仪、紫外分光光度计、傅里叶红外光谱仪、X射线光电子能谱测试了不同CeO₂含量镓酸盐玻璃的玻璃化转变温度、玻璃晶化温度、辐照前后的透过光谱和各价态Ce离子的含量。结果表明，玻璃在CeO₂含量低于0.3wt%时，辐照后透过光谱出现降低，耐辐照稳定性较弱。CeO₂含量低于0.5wt%时，玻璃网络结构的稳定性随着CeO₂含量的增加而变大。提高玻璃网络结构的稳定性可以减少高能辐射后色心的形成，提高玻璃的耐辐照性能。CeO₂含量高于0.5wt%时，Ce³⁺的增加导致玻璃颜色加深，透过率降低。CeO₂含量高于0.8wt%以上时，玻璃中出现大量条纹。CeO₂含量为0.3wt%～0.5wt%的镓酸盐玻璃具有良好的耐辐照和光谱透过性能。     

近红外反射超疏水黄色涂层的制备和性能

将钛铬棕粉末(TCB)、金红石型二氧化钛(TiO₂)、疏水纳米二氧化硅(SiO₂)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液混合,一步刷涂制备出超疏水黄色涂层,系统地研究了涂层的表面润湿性、疏水稳定性、耐紫外线老化性能、自清洁性能、以及近红外反射性能。结果表明,这种涂层的水接触角(CA)和滚动角(SA)分别为155.2°和5.4°;涂层在1.0 kPa的压力下经过2 m距离的砂纸磨损后和5 L的水流冲击后依然保持优异的疏水性,其附着力和硬度分别达到2级和6B等级;不同pH值的溶液在涂层表面都具有超疏水效果并具有化学稳定性;用紫外线照射240 h后涂层表面仍然保持极强的疏水性,表明其具有耐紫外线老化性能;涂层表面具有优异的自清洁性能,污染物极易地被水滴带走;涂层的近红外反射率和太阳反射率分别达到0.858和0.672,对普通水泥板具有明显的降温效果,在户外暴露和水流冲击后仍保持较高的反射率。     

(C-SiC)f/C复合材料的烧蚀性能

将SiC纤维毡与C纤维毡交替层叠, 通过针刺工艺制备(C-SiC)_f/C预制体, 采用化学气相渗透与前驱体浸渍裂解复合工艺(CVI+PIP)制备(C-SiC)_f/C复合材料, 研究(C-SiC)_f/C复合材料H₂-O₂焰烧蚀性能。利用SEM、EDS和XRD对烧蚀前后材料的微观结构和物相组成进行分析, 探讨材料抗烧蚀机理。结果表明: (C-SiC)_f/C复合材料表现出更优异的耐烧蚀性能。烧蚀750 s后, (C-SiC)_f/C复合材料的线烧蚀率为1.88 μm/s, 质量烧蚀率为2.16 mg/s。与C/C复合材料相比, 其线烧蚀率降低了64.5%, 质量烧蚀率降低了73.5%; SiC纤维毡在烧蚀中心区表面形成的网络状保护膜可以有效抵御高温热流对材料的破坏; 在烧蚀过渡区和烧蚀边缘区形成的熔融SiO₂能够弥合材料的裂纹、孔洞等缺陷, 阻挡氧化性气氛进入材料内部, 使材料表现出优异的抗烧蚀性能。     

Changes in surface morphology of Ti6Al4V alloy and ZrO-YO ceramic coating modified by high-intensity pulsed ion beams

The high-intensity pulsed ion beam (HIPIB) technique is developed to treat metallic and ceramic surfaces to improve materials performance. The processing is based on the beam-material interactions: remelting and/or ablation of a top layer on the irradiated surfaces (extreme surface heating effect); subsequently, the molten states may be frozen at an ultra-fast re-solidification rate after termination of the ion beam pulse. Surface smoothing and reconstruction of titanium alloys and ZrO₂-Y₂O₃ coatings have been observed as one of the typical outcome under high-intensity pulsed ion beam irradiation. It is demonstrated that the changes in surface morphology may significantly contribute to the improvements of overall performance of the materials.     

残余应力对涂覆Al2O3涂层的ZrO2陶瓷的强度和裂纹扩展阻力的影响

本研究在ZrO₂基体表面涂覆一薄层Al₂O₃涂层, 利用基体与涂层之间热膨胀系数不匹配, 在Al₂O₃-ZrO₂预应力陶瓷(简称A_CZ_S预应力陶瓷)表层引入压应力。采用维氏压痕法评价残余应力对A_CZ_S预应力陶瓷的表层和基体中裂纹扩展阻力的影响。理论分析结合实验结果表明: 表层的压应力使得A_CZ_S预应力陶瓷的裂纹扩展阻力增大, 最终导致强度和损伤容限提高; 且A_CZ_S预应力陶瓷表层的压应力和裂纹扩展阻力随着基体截面积与涂层截面积比值的增加而增大。当ZrO₂基体表层的Al₂O₃涂层厚度为40 μm时, 表层压应力使A_CZ_S预应力陶瓷的弯曲强度达到(1207±20) MPa, 相比于同种工艺下制备的ZrO₂陶瓷强度提高了32%, 同时也是Al₂O₃强度的3倍。此外, A_CZ_S预应力陶瓷也表现出很好的抗热震性能。     

SINTERING AND COATING OF CERAMICS USING CARBON DIOXIDE LASER

Laser sintering and ceramic coating techniques for synthesis of new ceramics have been investigated. The laser sintering method is useful instead of furnace treatment for the densification of materials having high melting points. The new ceramics, ZrO₂-V₂O_-HfO₂ which have a melting point of 2850^°C and a hardness of about 1850 kgf/cm have been sintered. The single crystal of AI₂O₃3WO₃ was found to form under nonequilibrium states in the Al₂O₃-WO₃ system. A ceramic coating that forms a solid electrolyte layer of a fuel cell was also developed. The laser beam was parallel to the substrate surface on which melted ceramics were deposited by a powder gun. The properties of the coated layer are discussed with the melted particles passing through the laser beam     

退火温度对宽带脉冲压缩光栅载体金属/介质多层高反膜的影响

分别以金(Au)作为金属层材料, 氧化铪(HfO₂)与氧化硅(SiO₂)作为高低折射率层材料, 利用物理气相沉积方法制备了用于宽带脉冲压缩光栅制作的金属/介质多层高反膜, 研究了退火温度对其表面均方根粗糙度、反射率及抗化学清洗破坏能力的影响。实验结果表明: 退火前后样品表面均方根粗糙度变化很小; 提高退火温度能提高金属/介质多层膜的抗化学清洗破坏能力, 但反射率会随之下降。250℃退火10 h后金属/介质多层膜不仅可以承受住化学清洗过程, 而且反射率下降也比较小, 可以作为金属/介质多层膜的最佳退火工艺。     

RuO2/ZrO2/TaON复合光催化材料的制备及光解水制氢性能

采用控制水解法制备了细颗粒的ZrO₂/Ta₂O₅复合氧化物粉体, 在氨气流量为90 mL/min、850℃下氮化10 h获得ZrO₂/TaON, 用浸渍法制备含助催化剂RuO₂的复合光催化剂。用XRD、SEM、TEM和UV-Vis漫反射光谱等对所制备的光催化材料进行了表征, ZrO₂、RuO₂的晶粒尺寸约为10 nm,TaON的晶粒尺寸约为25 nm, 复合光催化剂可以吸收波长≤500 nm的可见光。ZrO₂的引入降低了氮化生成TaON的缺陷密度, 提高了TaON的比表面积。光电流及光催化分解水制氢反应定量评价了复合材料的光催化性能, RuO₂含量为2.0wt%时复合光催化剂活性最高, 0.6 V偏压下光电流密度为0.6 mA/cm², 产氢速率为6.0 μmol/h。     

La_2O_3和Y_2O_3掺杂ZrO_2复合材料的高温相稳定性、抗烧结性及热导率

采用化学共沉淀煅烧法制备不同La2O3掺杂量的La2O3-Y2O3-ZrO2(YSZ)复合陶瓷粉末,研究该复合陶瓷粉末的高温相稳定性、抗烧结性及热物理性能,并与传统应用的YSZ陶瓷粉末进行对比,以探讨La2O3-YSZ作为热障涂层材料应用的可能性。采用XRD分析陶瓷粉末的晶体结构和物相组成,研究La2O3掺杂量对YSZ高温相稳定性的影响。采用SEM观察陶瓷烧结体的微观形貌,研究La2O3掺杂对YSZ抗烧结性的影响。采用激光脉冲法测定热扩散率,通过计算得到材料的热导率。结果表明:YSZ和不同La2O3掺杂量的La2O3-YSZ均由单一的非平衡四方相ZrO2(t′-ZrO2)组成。经1 400℃热处理100h后,YSZ中t′-ZrO2完全转变为立方相ZrO2(c-ZrO2)和单斜相ZrO2(m-ZrO2),在0.4mol%~1.4mol%La2O3掺杂范围内,La2O3-YSZ的相稳定性均优于YSZ,其中1.0mol%La2O3掺杂的YSZ(1.0mol%La2O3-YSZ)经热处理后无m-ZrO2生成,表现出良好的高温相稳定性。此外,1.0mol%La2O3-YSZ较YSZ具有较高的抗烧结性和较低的热导率。在室温至700℃范围内,1.0mol%La2O3-YSZ的热导率为1.90~2.17 W/(m·K),明显低于YSZ的热导率(2.13~2.33 W/(m·K))。     

不同制备方法下(C/C)/ZrB2-SiC复合材料的抗烧蚀性能

采用涂刷法和浆料浸渍法在（C/C）/SiC复合材料基础上制备了（C/C）/ZrB₂-SiC复合材料,采用微观分析和氧-乙炔烧蚀试验,并借助SEM、EDS等手段,研究三种材料的微观结构、抗烧蚀性能和抗烧蚀机制。结果表明:制备的（C/C）/ZrB₂-SiC复合材料的抗烧蚀性能优于（C/C）/SiC复合材料,相比（C/C）/SiC复合材料,涂刷法制备的（C/C）/ZrB₂-SiC复合材料600 s和1 000 s线烧蚀率下降33.3%和15.4%,质量烧蚀率下降51.5%和25.5%;浆料浸渍法制备的（C/C）/ZrB₂-SiC复合材料600 s和1 000 s线烧蚀率下降20%和28.8%,质量烧蚀率下降42.4%和53.2%,其在高温阶段形成的ZrO₂-SiO₂玻璃态熔融层起到了抗氧化冲刷的作用,大幅提高其抗烧蚀性能。三种材料的烧蚀机制是热化学烧蚀、热物理烧蚀和机械剥蚀的综合作用。