SiC-Al2O3-SiO2复合陶瓷涂层组织结构及抗烧蚀性能研究

目的提高C/C复合材料的抗氧化性能。方法采用大气等离子喷涂在C/C复合材料表面制备SiC-Al_2O_3-SiO_2(SAS)复合陶瓷涂层,并选用氧-乙炔在1500℃对涂层进行抗氧化烧蚀性能考核。利用XRD、SEM、EDS等检测分析手段,对团聚粉末和球化粉体以及烧蚀前后涂层的成分及组织进行检测。结果经过等离子球化处理后,三种粉体流动性为90 s/50 g左右,粉末松装密度为1 g/cm~3左右。与团聚的SiC-Al_2O_3-SiO_2粉体相比,粉末流动性提升了20%左右,松装密度提高了20%,更加适宜等离子喷涂工艺。采用球化处理SiC-Al_2O_3-SiO_2粉体制备得到的涂层组织明显优于采用团聚粉体制备的涂层,涂层致密区域明显增大,内部缺陷数量和尺寸减少。在1500℃烧蚀600s后,SiC-36%Al_2O_3-4%SiO_2涂层具有最佳的抗烧蚀效果,涂层整体完整,质量烧蚀率为1.62×10~(-4) g/s。结论 SiC-Al_2O_3-SiO_2体系解决了等离子喷涂制备SiC涂层过程中沉积率低、SiC分解的问题。SiC-Al_2O_3_-SiO_2涂层具有良好的抗氧化烧蚀效果,烧蚀过程中SiO_2和Al_2O_3形成的莫来石相具有良好的高温稳定性、抗热震性以及较低的热膨胀率和氧扩散率,可以进一步提高涂层的抗氧化烧蚀效果。     

HPPS制备SiC陶瓷涂层组织结构及抗烧蚀性能研究

为了提高C/C基体材料在高温有氧环境中的抗烧蚀性能,本文尝试采用高能等离子喷涂工艺（HPPS）在C/C基体表面制备SiC涂层。在对SiC涂层制备工艺探索优化过程中共设计了3组HPPS喷涂参数,利用氧乙炔火焰对得到的涂层试验进行抗烧蚀性能考核,考核温度为1500℃,时间分别为150s和300s。通过XRD、SEM和EDS等方法对烧蚀前后涂层样品的成分及组织进行了检测表征。结果表明：3组参数所制得SiC涂层的孔隙率分别是21.3%、17.4%和15.3%,其原因是在主气流量相对较高和辅气流量较低的条件下,SiC粉末与等离子射流场特征匹配较好,SiC粉末颗粒加热较为充分,达到更好的熔融状态,而且获得较大的动能,因此所得涂层沉积率逐渐升高而孔隙率逐步降低;在涂层制备过程中SiC颗粒均发生了一定程度的氧化,导致涂层中含有一定量的非晶态SiO2;经过300s高温烧蚀考核后,SiC涂层为C/C基体提供了有效的防护。由于烧蚀过程中存在温度梯度,导致涂层表面在烧蚀后呈现三种不同的的烧蚀形貌,分别是中心致密区,过渡区和边缘疏松区。在烧蚀过程中,涂层中心区域表面形成的SiO2玻璃层,有利于阻挡O2的渗入,起到了抗氧化的作用。     

ZrB_2-SiC粉末与等离子射流场的相互作用

为了探究等离子喷涂制备ZrB_2-SiC涂层组织结构疏松、致密性差的原因,采用去离子水对经过射流场加热的粉体进行收集,对比前后粉体的组织结构特征以及物相变化。设计单颗粒沉积试验探究粉体的熔化状态以及变形颗粒的形貌特征,并与等离子喷涂制备涂层进行对应分析。结果表明,由于"涡流效应"使得经过等离子射流场的ZrB_2-SiC粉体与卷入的氧气发生反应,粉体出现轻微氧化现象。经过等离子射流场后,ZrB_2-SiC粉体呈现3种形貌特征:表面光滑型、表面多孔型、表面团聚型。其原因与等离子射流温度场非均匀性以及粉体的飞行路径有关。变形颗粒呈现与之相对应的3种形貌特征:熔化充分颗粒、团聚堆积颗粒、以及介于两者间的半熔融半疏松颗粒。共晶组织包裹的ZrB_2颗粒容易在涂层中形成致密区,而团聚堆积的ZrB_2和SiC颗粒是涂层形成疏松区的主要原因。     

多孔碳纤维增强陶瓷基复合材料抗氧化烧蚀涂层的制备及性能研究

为提高多孔碳纤维增强陶瓷基复合材料的耐烧蚀性设计了含玻璃的双层结构陶瓷涂层,内层为浆料烧结法制备的Zr B_2-Si C-玻璃涂层,外层为大气等离子喷涂技术制备的Zr B_2-Mo Si_2-玻璃涂层。利用XRD和SEM对涂层的相结构和微观形貌进行分析,采用氧-乙炔火焰对涂层进行烧蚀试验。结果表明,内涂层玻璃相含量为30%时封孔效果较好,在1300℃下烧结2 h可得到致密的内涂层。采用优化后的等离子喷涂工艺可以制备与内涂层结合性良好的外涂层。涂层表面温度在1500℃以下时具有良好的抗烧蚀性能。烧蚀氧化形成以Si O_2为填充相,Zr O_2、Zr Si O_4为支撑相的致密层,封填孔洞,有效保护了基体材料。     

Ba(Mg1/3Ta2/3)O3热障涂层的制备及抗热震性能研究

本文以BaCO₃、MgO、Ta₂O₅为原料,采用固相反应法合成了Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃(简称BMT)陶瓷粉末,利用大气等离子喷涂技术制备了BMT/YSZ双层陶瓷涂层。利用XRD、SEM和金相显微镜检测了BMT粉体及涂层的物相组成和显微结构。采用水淬法考核了涂层的抗热震性能。结果表明：1450℃下煅烧4h可合成出具有复合钙钛矿结构的BMT粉末,粉末具有良好的高温相结构稳定性。等离子喷涂制备的BMT/YSZ涂层组织致密,涂层系统中各界面结合紧密。涂层在室温至1150℃间热震9次后发生片状剥落,剥落位置位于BMT层间,BMT材料低的断裂韧性和第二相Ba₃Ta₅O₁₅的存在是导致涂层失效的主要原因。     

等离子喷涂AlCuCoSi准晶热障涂层性能研究

应用Al63Cu17.5Co17.5Si2准晶粉末,采用大气等离子喷涂工艺在ZL109基体上制备了涂层,并对涂层的热导率、抗热冲击性能及热稳定性进行了测量。结果表明:涂层具有十面体准晶结构;在200℃、400℃、600℃下涂层热导率分别为4.46W/(m·K)、5.2W/(m·K)和5.67W/(m·K),与传统ZrO2热障涂层接近;经过100次400℃到室温水淬热冲击后,涂层无任何剥落现象,且涂层中没有裂纹存在;涂层在350℃下经过350小时保温处理,其成分和相结构基本不发生变化,但涂层存在致密化倾向,孔隙率由喷涂态的18.0%降低至7.5%,此外,在基体与界面之间出现了轻微的扩散现象。因此,Al63Cu17.5Co17.5Si2准晶涂层具有良好的抗热冲击性能和热稳定性,可以作为热障涂层使用。     

Damage Mechanism of Al2O3 Ceramic Coatings Irradiated by CO2 CW Laser

Rules and mechanism of damage in Al2O3 coatings irradiated by CO2 CW laser are studied in order to improve the ability of parts of equipment standing against the high power laser.Al2O3 coatings were sprayed by air plasma spray(APS)on the 45# steel substrate,and then were irradiated by CO2 CW laser from 795 W/cm2 to 31 830 W/cm2.As the output power of the laser is increasing,its porosity is increasing and cracks are appearing and spreading quickly.And also the phase will transform from γ-Al2O3 to α-Al2O3 in the damaged areas.When the energy density is 17 507 W/cm2,the coatings are destroyed completely.The thermal infection field on substrate is rather small.The laser energy is depleted by the phase transformation and cracks in Al2O3 coatings during the laser thermal shock.     

纳米ZrO_2粉末感应等离子体球化处理工艺研究

采用液体送粉技术及感应等离子体球化技术对纳米YSZ(6%~8%Y2O3-ZrO2)粉末进行了团聚、球化处理,研究了感应等离子体球化处理工艺参数对于粉体球化率的影响,采用三维景深显微镜、场发射扫描电镜、X射线衍射(XRD)研究了球化处理前后纳米YSZ粉末的表面形貌、截面形貌及其相结构。结果表明,采用液体送粉感应等离子球化处理技术,可同时对纳米YSZ粉末进行团聚及其致密化处理,得到的粉末为表面光洁、致密的实心球或空心球粉末,其粒径分布范围为40~100μm;YSZ粉末的相结构在处理前后没有发生变化。     

La3+ 掺杂对 CeO2 红外发射性能的影响研究

随着飞行器飞行速度和发动机燃烧室温度的提高, 金属类隐身涂层材料已无法满足环境使用要求。 CeO2 具有较高熔点、 抗氧化、 较低红外发射率等特点, 被认为是红外隐身应用的候选材料, 但其发射率仍无法满足 高温红外隐身需求。 本文通过固相反应法对 CeO2 进行 La3+ 掺杂改性, 研究掺杂量对 CeO2 粉体红外发射性能的 影响规律。 结果表明, 随着掺杂量从 10 mol% 增加到 30 mol%, 粉体在 3~6 μm 波段的发射率不断降低, 其中 Ce0.7La0.3O2 的红外发射率仅为 0.1。     

La_(1-x)Sr_xTiO_(3+δ)陶瓷涂层抗激光烧蚀性能研究

以La_(1-x)Sr_xTiO_(3+δ)西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室!西安710024(x=0.1)为填料,以环氧乳液为基料,采用空气喷涂制备了La_(0.9)Sr_(0.1)TiO_3涂层,并对涂层微观组织结构及抗激光烧蚀性能进行研究。结果表明:所制备的La_(0.9)Sr_(0.1)TiO_3涂层在激光功率为350 W时能够承受8 s的激光烧蚀而只发生轻微损伤,当激光功率达到1000 W时,涂层剧烈燃烧而发生严重损伤。La_(0.9)Sr_(0.1)TiO_3涂层在较大功率激光短时间烧蚀或者较小功率激光长时间烧蚀后,涂层中有机部分剧烈燃烧,直接破坏涂层结构,使涂层丧失其优异的高反射性能。