环境障碍涂层研究综述

环境障碍涂层(Environment barrier coating,EBC)能够解决构件在燃气环境中长时间腐蚀的问题,从而成为航空发动机材料研究的热点.从材料体系、制备工艺、性能考核和表征方法4个方面综述了目前EBC的研究成果.通过对目前国内外研究成果的总结和分析,提出了EBC当前研究存在的问题,并展望了EBC进一步研究的方向.     

2D-C/SiC高速深磨磨削特性及去除机制

采用树脂结合剂金刚石砂轮, 通过对2D-C/SiC复合材料高速深磨磨削加工, 并对磨削表面形貌和亚表面损伤进行了观察。提出了2D-C/SiC摩擦层(表面)的磨削力理论公式, 讨论了磨削加工用量对磨削力和磨削力比的影响。实验结果表明, 2D-C/SiC复合材料的高速深磨材料去除机制与其自身的微观结构相关, 既不同于塑性材料, 也不同于普通脆性材料, 而是以脆性断裂去除为主。     

C/SiC复合材料的氧化对其内耗行为的影响

通过分析C/SiC在高温(1250、1300和1350℃)空气氧化过程中质量、强度、物相、气孔率、微观形貌演变规律, 并同时采用动态热机械分析仪测得内耗的变化趋势, 研究了氧化对其内耗行为的影响规律, 进而为以内耗表征复合材料的氧化行为奠定基础。为明确C/SiC各组元在氧化与内耗行为对应关系中所发挥的作用, 进一步研究了SiC陶瓷在1300℃、空气中的氧化与内耗行为之间的对应关系。结果表明: SiC陶瓷氧化对其内耗行为的影响规律不明显且影响程度较弱; C/SiC在氧化过程中的内耗行为受C相的氧化损伤控制, 且作用规律明显, 其内耗保持率曲线均出现峰值, 其中1250、1300和1350 ℃的峰值分别为6.65、3.48和1.59。     

C/SiC复合材料的氧化对其内耗行为的影响

通过分析C/SiC在高温(1250、1300和1350℃)空气氧化过程中质量、强度、物相、气孔率、微观形貌演变规律,并同时采用动态热机械分析仪测得内耗的变化趋势,研究了氧化对其内耗行为的影响规律,进而为以内耗表征复合材料的氧化行为奠定基础.为明确C/SiC各组元在氧化与内耗行为对应关系中所发挥的作用,进一步研究了SiC陶瓷在1300℃、空气中的氧化与内耗行为之间的对应关系.结果表明:SiC陶瓷氧化对其内耗行为的影响规律不明显且影响程度较弱;C/SiC在氧化过程中的内耗行为受C相的氧化损伤控制,且作用规律明显,其内耗保持率曲线均出现峰值,其中1250、1300和1350℃的峰值分别为6.65、3.48和1.59.     

非常规等离子喷涂技术及其特点分析

本文简要介绍了反应等离子喷涂、微束等离子喷涂、层流等离子喷涂和电磁脉冲辅助-等离子喷涂等几种非常规等离子喷涂技术的原理、特点和研究现状.通过这几种非常规等离子喷涂技术特点分析,以期从中获取对未来等离子喷涂工艺发展的一些启示.     

连续纤维增韧陶瓷基复合材料的内耗机制与损伤表征

总结了连续纤维增韧陶瓷基复合材料(CFCC)的内耗机制,回顾了有关内耗与损伤行为之间关系的研究成果,并以此为据提出了以内耗表征CFCC环境腐蚀行为的方法。结合笔者关于CFCC腐蚀行为对其内耗行为影响的探索性研究,证实该方法可行,尤其是对纤维和纤维/基体之间界面的氧化行为表现出高度的敏感性。     

Ba0.25Sr0.75Al2Si2O8环境障碍涂层的制备与耐水腐蚀性能研究

以2D Cf/SiC为基底材料,采用浆料刷涂工艺制得Ba0.25Sr0.75Al2Si2O8(BSAS)环境障碍涂层,并研究了未涂覆BSAS涂层(Cf/SiC)和涂覆BSAS涂层(Cf/SiC-BSAS)的两种试样的耐水腐蚀性能.结果表明:采用浆料刷涂工艺涂覆,在高纯氩气保护气氛下,经1350℃高温烧结,可在Cf/SiC试样上制得致密且无明显缺陷的BSAS涂层,一次涂覆烧结的厚度约为15μm,三次涂覆烧结涂层的厚度可达50μm;在1250℃、50%H2O-50%O2、常压静态气氛下腐蚀100h后,Cf/SiC试样的重量和抗弯强度均发生明显下降,Cf/SiC-BSAS试样的重量基本不变,强度保持率高达90%以上.     

平纹编织SiCf/SiC复合材料的中温蠕变断裂时间及损伤机制

碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiC_f/SiC)是制造下一代航空发动机热结构件的关键材料,中等温度(～800℃)下,SiC_f/SiC的蠕变断裂时间t_u显著下降。为此,研究了平纹编织SiC_f/SiC (2D-SiC_f/SiC)在空气中500～1 000℃的蠕变性能及损伤机制,应力水平为100～160 MPa。利用SEM、TEM和EDS分析了断口形貌、微观组织和化学成分。结果表明：2D-SiC_f/SiC的t_u与温度和应力水平有关。相同温度下,2D-SiC_f/SiC的t_u随着应力增加而变短。当温度为800℃、蠕变应力大于基体开裂应力(PLS)时,2D-SiC_f/SiC发生中温脆化现象,其t_u下降。2D-SiC_f/SiC的中温脆化机制为基体开裂、BN界面氧化和SiO₂替代BN界面导致的强界面/基体结合。2D-Si...     

2D-C/SiC复合材料轴向加载泊松效应

基于单调和循环加卸载实验,测试获得了不同加载过程中2 D-C/SiC复合材料在纤维束轴向方向上的泊松曲线,并对比分析了轴向损伤演化进程对材料泊松效应的影响.结果表明,在拉伸损伤加剧过程中,材料表现出显著的负泊松比行为;在加载损伤停滞状态下,材料则表现为近似线性正泊松比行为.加载过程中材料的泊松效应随着损伤程度的增加而不断减弱.结合扫描电镜断口结果分析可知,拉伸损伤加剧过程中材料内部沿加载方向上不断产生的基体开裂和界面脱粘损伤引起的材料沿垂直加载方向上的伸长变形,大于并掩盖了拉伸载荷在垂直加载方向上引起的弹性收缩变形,是导致2 D-C/SiC复合材料表现出显著负泊松比行为的主要原因;加载损伤加剧过程中产生的大量开裂损伤导致的材料整体连续性的降低是导致其泊松效应不断减弱的主要影响机制.     

AlPO4环境障碍涂层材料水氧腐蚀性能研究

采用溶胶凝胶法合成了一种AlPO₄环境障碍涂层材料,测定了其热膨胀系数,在1350℃、50vol% H₂O/50vol%O₂、1.013×10⁵ Pa、气体流速0.085cm/s的水氧耦合环境中研究了其抗水氧腐蚀性能,并利用X射线衍射仪、能谱分析仪和扫描电子显微镜分析了材料组成和微观结构.结果表明,AlPO₄与C/SiC复合材料热膨胀基本匹配,抗水氧腐蚀性能良好.主要存在的问题是AlPO₄分解引起的失重,二氧化硅会加速其分解.