侯佳琪, 陈睿聪, 曾耀莹, 周磊, 张佳平, 付前刚

无机材料学报 2025, 40 (2): 168-176. DOI:10.15541/jim20240287

摘要（286）

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涂层的完整和致密性直接影响其性能。对于存在缺陷或者受到损伤的涂层, 报废并重新制备不仅浪费原材料, 还会延长制备周期。因此, 经济有效的解决方法是修复涂层, 以恢复其防护能力。本研究采用经济实用的气相渗硅法修复一次包埋法制备的多孔SiC涂层缺陷, 并对比研究了修复前后涂层的抗热震及烧蚀性能。结果表明, 修复后的包埋SiC涂层在室温~1773 K热震15次后, 其与基体之间结合良好, 失重率降低了97.05%。在氧乙炔火焰下烧蚀30 s后, 修复后的涂层中心烧蚀区域的碳纤维被SiO₂所包覆, 未出现裸露或损伤。与修复前相比, 其质量损失率和厚度损失率分别降低了97.02%和67.99%。抗热震和烧蚀性能改善归因于修复后涂层致密度提高, 缺陷减少, 并且渗硅过程引入的单质Si在高温下更容易氧化生成SiO₂, 有效愈合缺陷和阻挡氧气渗透, 从而防止了基体氧化损伤。本研究提出的新型涂层修复策略具有经济可行性, 为涂层缺陷及损伤修复和稳定服役提供了新途径。

将密度为1.70~1.75 g/cm3的2.5D-C/C复合材料加工成不同形状, 进行热震(10 mm × 10 mm × 10 mm)和烧蚀(?27 mm × 5 mm)测试。加工后的样品使用80#的砂纸打磨以去除棱角, 打磨后清洗, 并在323~373 K的烘箱中干燥5~6 h。涂层的制备过程如图1所示。首先, 将质量分数65%~80% Si粉(50~60 μm, 99.0%)、10%~30% C粉(50~60 μm, 99.0%)、5%~20% Al₂O₃粉(50~60 μm, 分析纯)均匀混合。将混合后的粉末与干燥样品一同放入石墨坩埚, 并将坩埚放入热处理炉中, 以5~10 K/min的升温速率升温至2173~2373 K, 热处理1~2 h, 制得包埋SiC涂层试样(记为P-S)。然后, 将P-S涂层样品放入底部带有硅块(1~5 cm, 99.9%)的石墨坩埚中, 并将坩埚放入热处理炉中, 以5~10 K/min的升温速率升温至1973~2173 K, 热处理15~30 min, 以进行修复, 制得致密的SiC涂层试样(记为G-S)。为确保涂层完整性, 后续测试直接采用制备后的涂层, 无需对涂层表面进行抛光或其他处理。