C/SiC复合材料表面SiC涂层的改性研究

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多层SiC涂层C/SiC复合材料(SiC-C/SiC)应用于高性能航空发动机,必须提高抗氧化能力,实现1650℃长寿命使用。涂层裂纹和缺陷是复合材料抗氧化性能差的主要原因。本文采用了物理气相沉积方法和离子注入/沉积方法,以Al、B、Si为改性元素,对SiC涂层表面进行改性,封填裂纹和缺陷;结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和俄歇能谱(AES)分析,研究了改性层对SiC-C/SiC复合材料抗氧化性能的影响。主要内容和结果如下: (1) 真空蒸镀约3um Al膜,涂层裂纹被封填或宽度减小,SiC-C/SiC复合材料在500℃、600℃和700℃模拟空气与氧气中的氧化失重显著降低,失重值较大。 (2) 磁控溅射约3um Si膜,涂层裂纹和缺陷被部分封填,SiC-C/SiC复合材料在1300℃模拟空气中的氧化失重降低。 (3) MEVVA(金属蒸气真空弧等离子)源注入Al,ECR(微波)源PIII(等离子源全方位注入)B(注入剂量约1017cm-2)或Si(注入剂量约1016cm-2),SiC涂层表面已经非晶化,裂纹仍然存在,缺陷改善不明显。Al的注入,提高了复合材料在1300℃模拟空气中的抗氧化能力,没有改善700℃模拟空气中的抗氧化能力。B的注入提高了复合材料在1200℃和1300℃模拟空气中的抗氧化能力。Si的注入没有显著改善复合材料在1300℃模拟空气中的抗氧化能力。 (4) 注入Si试样真空1600℃退火30min后,SiC涂层表面出现许多新裂纹,1300℃模拟空气中的氧化失重增大。 (5) MEVVA源注入Al再PIID(等离子源全方位沉积)Si涂层,玻璃氧化层厚而均匀,愈合性能好,孔洞少,对涂层缺陷有最佳的改性效果。复合材料在1300℃空气中的氧化失重显著降低,甚至出现增重。
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