涂層的結(jié)晶化是硅碳棒涂層產(chǎn)生裂紋的關(guān)鍵
二硅化鋁(MoSi2,熔點(diǎn)2030℃)、二硅化鎢(WSi2,熔點(diǎn)2180℃)作為硅基金屬間化合物,因熔點(diǎn)高,使用過程中表面可生成Si0:膜對硅碳棒涂層起到封填和阻止氧擴(kuò)散的作用,使該體系成為目前C/CS1C基復(fù)合材料特別是電熱元件生產(chǎn)中常用的硅碳棒涂層材料。用料漿熔燒法在妮基體表面制備MoS12,WS1:高溫抗氧化硅碳棒涂層,硅碳棒涂層和基體之間可達(dá)到冶金結(jié)合,通過擴(kuò)散形成過渡層。用包埋法或滲透法制備的MoSi2/SiC,MoSi2/Si,MoSi2/WSi2,WSi2/SiC抗氧化硅碳棒涂層,通過Mo,W的擴(kuò)散形成梯度分布,可以將基體材料的抗氧化溫度大幅度提高。此外,MoS12,WS1:加入到Zr02-Al/Nl梯度熱障硅碳棒涂層中可以使Zr02-Al/Nl硅碳棒涂層中的裂紋出現(xiàn)分叉,減緩裂紋擴(kuò)展速度;而且MoS12,WS12氧化生成的S10:可以對熱障硅碳棒涂層起到修補(bǔ)的作用。但硅基金屬間化合物熱膨脹系數(shù)比SiC的大得多,燒結(jié)溫度極高,限制了該體系硅碳棒涂層應(yīng)用。此外,MoS12,WS1:低溫(<600℃)時(shí)生成Mo03WO:等揮發(fā)性物質(zhì),使硅碳棒涂層出現(xiàn)災(zāi)難性破壞,硅碳棒涂層抗氧化性能急劇劣化。莫來石硅碳棒涂層在這些氧化物體系中,莫來石做為高熔點(diǎn)的氧化物,其熱膨脹系數(shù)與SiC基材料接近,對環(huán)境的耐久性和化學(xué)相容性好,并且熔點(diǎn)高達(dá)1800℃,溫度變化時(shí)無晶型轉(zhuǎn)變,所以作為碳化硅材料的硅碳棒涂層不會因溫度變化時(shí)而發(fā)生剝落。因而研究者認(rèn)為,莫來石硅碳棒涂層是最有發(fā)展前景的碳化硅保護(hù)硅碳棒涂層。在氮化硅表面用溶膠一凝膠法制備莫來石抗氧化硅碳棒涂層,可以使基體在1300℃下的氧化增重大幅度降低。同樣,在重結(jié)晶碳化硅(R-SiC)表面用溶膠一凝膠法制備莫來石硅碳棒涂層,1500℃氧化時(shí)可以有效阻止氧與碳化硅材料表面的接觸,并且在循環(huán)氧化時(shí),無氧化產(chǎn)物剝落現(xiàn)象發(fā)生,大大增強(qiáng)了重結(jié)晶碳化硅材料的高溫抗氧化性能。而且,隨著莫來石硅碳棒涂層厚度的增加,硅碳棒涂層抗氧化能力進(jìn)一步提高。但研究表明1C基體表面上的莫來石硅碳棒涂層和無基體的莫來石薄層一樣,在1000℃熱循環(huán)時(shí)產(chǎn)生裂紋。根據(jù)測定的等離子噴涂莫來石硅碳棒涂層的熱膨脹系數(shù)見圖1.2),硅碳棒涂層在第一次熱循環(huán)時(shí)(25-1000℃),從600℃開始發(fā)生體積收縮,這可能是從玻璃態(tài)析出莫來石晶體而導(dǎo)致的體積收縮。莫來石化后的硅碳棒涂層熱膨脹系數(shù)是與SiC非常接近的。研究者認(rèn)為等離子噴涂時(shí)玻璃態(tài)莫來石硅碳棒涂層的結(jié)晶化是硅碳棒涂層產(chǎn)生裂紋的關(guān)鍵。
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