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。

为了测试涂层的抗热震性能, 对两种涂层试样进行了室温~1773 K的热循环测试。图4为涂层试样在室温~1773 K热震测试过程中的失重曲线。结果显示, 随着热震次数的增加, P-S涂层试样的失重率迅速增加, 经过15次热震后, 其失重率达到56.097%。与P-S涂层试样相比, G-S涂层试样的失重率基本保持不变, 15次热震后其失重率仅为1.655%, 表现出良好的抗热震性能。热震测试后涂层试样的形貌如图5所示。可以看出, 测试后P-S涂层部分剥落, C/C基体氧化严重(图5(a)), 涂层表面出现因热失配而产生的裂纹[27](图5(b)), 还存在许多凹坑和孔洞(图5(c))。从热震后P-S涂层试样的截面形貌(图5(d))可见, 涂层表面孔洞较多, 氧气通过孔洞扩散进入基体, 基体被严重氧化, 形成较宽裂缝, 降低了涂层与基体的结合强度。G-S涂层试样热震后保持完整(图5(e)), 表面被SiO₂玻璃相所包覆(图5(f, g))。从截面形貌(图5(h))可见, 得益于G-S涂层的致密特征, C/C基体结构完整, 且涂层与基体之间结合良好, 表明G-S涂层具有较好的抗热震性能。