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气相渗硅法修复SiC涂层及其抗热震和烧蚀性能
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 HTML12 PDF(pc) (15988KB)(150)  

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。



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图8 涂层试样的宏观形貌及三维轮廓
正文中引用本图/表的段落
在实际服役环境中, 构件通常需要承受高温气体的侵蚀, 并可能经历氧化、烧蚀和汽化等一系列过程[30?-32]。因此, 本研究通过氧乙炔烧蚀测试模拟涂层的服役环境(图8(a)), 评估了涂层的抗烧蚀性能。图8(b, c)显示了P-S和G-S涂层试样烧蚀30 s后的宏观形貌, 二者中心区域均出现明显的烧蚀痕迹。根据烧蚀后涂层的形貌特征, 将其表面分为三个区域: 中心区(记为C)、过渡区(记为T)和边缘区(记为E)。随着从中心区域向边缘区域移动, 涂层表面所经历的烧蚀温度和火焰冲刷作用逐渐降低[32-33]。烧蚀30 s后, P-S涂层试样中心区域的烧蚀坑深度约为336 μm(图8(d)), 远大于涂层厚度(~50 μm), 这表明涂层已经失去了对基体的防护能力。而G-S涂层试样的烧蚀坑深度约为40 μm(图8(e)), 表明经过气相渗硅修复后的涂层在30 s烧蚀过程中仍具有防护能力。
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