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熔渗铝致密化环境障涂层的抗热循环性能研究
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作者 魏晓薇 董琳 +1 位作者 张小锋 杨冠军 《中国材料进展》 北大核心 2025年第2期125-133,共9页
环境障涂层(environmental barrier coatings,EBCs)是碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC CMCs)在航空发动机热端部件应用的关键,但在制备过程中EBCs难以避免地产生表面裂纹及孔隙,成为发动机环境水氧等腐蚀介质的快速扩... 环境障涂层(environmental barrier coatings,EBCs)是碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC CMCs)在航空发动机热端部件应用的关键,但在制备过程中EBCs难以避免地产生表面裂纹及孔隙,成为发动机环境水氧等腐蚀介质的快速扩散通道,因此,制备致密的EBCs是提高SiC_(f)/SiC复合材料抗腐蚀性能的关键。此外,为保证高低温循环服役条件下的持久性,EBCs需具备优异的抗热循环性能。采用熔渗铝封孔的方法获得致密化EBCs,研究了涂层在1050℃~室温热循环条件下的结构演变规律,揭示了致密化处理对涂层抗热循环性能的影响机制。结果表明,熔渗铝封孔法消除了喷涂态EBCs的表面裸露孔隙,并在表面形成镱铝石榴石(YbAG)原位反应层;在热循环过程中,喷涂态涂层内应力逐渐累积,致使纵向裂纹数量增多,裂纹间距减小;熔渗铝时的热处理过程显著提高了EBCs内应力,促使裂纹早期生长和扩展,裂纹数量和间距与喷涂态EBCs热循环200次后的相当,且在热循环过程中裂纹未新增和扩展。本研究为耐热循环熔渗铝致密化EBCs的制备提供了实验数据支撑。 展开更多
关键词 环境障涂层(ebcs) 致密化 熔渗 纵向裂纹 抗热循环性能
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等离子-物理气相沉积硅/莫来石/硅酸镱环境障涂层的高温防护和耐热冲击性能研究 被引量:2
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作者 王博 刘洋 +2 位作者 彭新 袁福河 程玉贤 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2022年第3期64-70,共7页
通过SiCf/SiC复合材料表面等离子喷涂(APS)硅黏结层和莫来石中间层,等离子–物理气相沉积(PS–PVD)制备硅酸镱面层,喷涂的整个环境障涂层体系组织致密,PS–PVD工艺制备的硅酸镱为层状结构,孔隙率<1%。研究了SiCf/SiC复合材料环境障... 通过SiCf/SiC复合材料表面等离子喷涂(APS)硅黏结层和莫来石中间层,等离子–物理气相沉积(PS–PVD)制备硅酸镱面层,喷涂的整个环境障涂层体系组织致密,PS–PVD工艺制备的硅酸镱为层状结构,孔隙率<1%。研究了SiCf/SiC复合材料环境障涂层的抗静态氧化、循环氧化、水汽腐蚀和热冲击性能,发现复合材料表面的环境障涂层体系在1200℃、1300℃下静态氧化和循环氧化100h后皆保持表面完好,无剥落现象,具有较好的抗氧化性能。涂层在1300℃燃气热冲击试验寿命超过100次循环,且在1200℃、15%H_(2)O水汽环境中静态氧化100h以内的耐腐蚀性能良好。 展开更多
关键词 等离子–物理气相沉积 环境障涂层(ebc) 氧化 水汽腐蚀 热冲击
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陶瓷基复合材料及其环境障涂层发展现状研究 被引量:18
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作者 江舟 倪建洋 +6 位作者 张小锋 何兵 王超 董琳 邓春明 邓畅光 刘敏 《航空制造技术》 2020年第14期48-64,共17页
陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composites,CMC)具有耐高温、低密度、抗氧化、抗腐蚀、耐磨损等一系列优越性能,被视为新一代高推重比航空发动机高温部件的首选材料。但CMC在应用环境中存在抗水汽氧化性能不足等问题,需要在环境障涂层(... 陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composites,CMC)具有耐高温、低密度、抗氧化、抗腐蚀、耐磨损等一系列优越性能,被视为新一代高推重比航空发动机高温部件的首选材料。但CMC在应用环境中存在抗水汽氧化性能不足等问题,需要在环境障涂层(Environmental Barrier Coatings,EBCs)的保护下长期服役。首先介绍了陶瓷基复合材料和环境障涂层的整体发展现状,其次分别对陶瓷基复合材料和环境障涂层进行详细论述;综述了陶瓷基体、纤维、界面层和陶瓷基复合材料的研究进展、应用情况以及近些年国内外学者新的研究成果;同时介绍了环境障涂层的研究进展、制备方法,并综述了其失效机理的研究进展;总结了陶瓷基复合材料和环境障涂层当前存在的问题,并对今后研究工作的重点作出了展望。 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料(CMC) 环境障涂层(ebcs) 水氧腐蚀 热端部件
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等离子喷涂BSAS环境障涂层SiC_(f)/SiC复合材料扇形燃烧室环境损伤行为 被引量:1
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作者 洪智亮 崔永静 +6 位作者 郭洪宝 周晨 侯敬通 蒋婷 王子媛 陈超 冯晓星 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2022年第17期110-116,共7页
针对基于化学气相沉积工艺(CVI)的SiC/SiC陶瓷基复合材料扇形火焰筒,利用扇形燃烧室试验台进行燃气环境性能考核。其中,扇形火焰筒试验件由内/外环和左/右侧板组成,并在其流道表面采用大气等离子喷涂工艺制得BSAS/Mullite/Si 3层结构环... 针对基于化学气相沉积工艺(CVI)的SiC/SiC陶瓷基复合材料扇形火焰筒,利用扇形燃烧室试验台进行燃气环境性能考核。其中,扇形火焰筒试验件由内/外环和左/右侧板组成,并在其流道表面采用大气等离子喷涂工艺制得BSAS/Mullite/Si 3层结构环境障涂层(EBC)。试验后,取样并分别利用力学性能测试、扫描电子显微镜和X射线衍射分析等手段进行分析,对试验件的力学性能、微观结构和表面相组成的演变进行表征。结果表明,喷涂态涂层主要由单斜结构钡长石BSAS相和BaAl_(2)O_(4)相组成。试验后,核心烧蚀区域主要由斜方晶系莫来石相Al_(2)(Al_(2.8)Si_(1.2))O_(9.6)、立方晶系Si和六方晶系BaAl_(2)O_(4)相组成,可以观测到表面出现硅熔滴和残留孔洞。取样力学性能分析结果显示,涂层完整区域SiC/SiC复合材料的拉伸强度未受影响;核心烧蚀区域,SiC/SiC复合材料的拉伸强度出现明显下降,最终探讨出涂层的高温烧蚀损伤机制。 展开更多
关键词 环境障涂层(ebc) 等离子喷涂 SiC_(f)/SiC复合材料 BSAS 环境损伤
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等离子喷涂(RE-Al)TaO_(4)钽酸盐环境障涂层性能研究
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作者 张陆洋 陈琳 +2 位作者 王建坤 张宇轩 冯晶 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第17期64-71,共8页
陶瓷基复合材料作为广泛应用于航空航天领域的先进结构材料,在实际服役环境中依赖于环境障涂层的保护作用,钽酸盐以其优异的高温热-力学性能和与陶瓷基复合材料适配的热膨胀系数((3.5~5.5)×10^(-6)K^(-1))成为极具潜力的环境障涂... 陶瓷基复合材料作为广泛应用于航空航天领域的先进结构材料,在实际服役环境中依赖于环境障涂层的保护作用,钽酸盐以其优异的高温热-力学性能和与陶瓷基复合材料适配的热膨胀系数((3.5~5.5)×10^(-6)K^(-1))成为极具潜力的环境障涂层材料。通过大气等离子喷涂(Atmospheric plasma spraying,APS)工艺在碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料(SiCf/SiC)表面成功制备了(AlTa_(x))B_(2-2x)O_(4)/(RE-Al)TaO_(4)复合涂层,探索了涂层的最佳热处理工艺条件,同时对不同涂层结构方案的复合材料涂层试样进行1300℃热疲劳考核和弯曲强度测试,筛选出具有最优抗热疲劳性能的涂层结构,并通过XRD、SEM以及金相显微镜对涂层的表面形貌、裂纹扩展及元素分布进行了分析表征,相对于传统材料涂层,钽酸盐复合涂层以其在高温下优越的综合性能成为极具潜力的环境障涂层。 展开更多
关键词 大气等离子喷涂(APS) 环境障涂层(ebcs) 钽酸盐 热处理工艺 热疲劳 弯曲强度
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纳米结构莫来石粉体喂料的制备与表征
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作者 王东升 张晓东 +2 位作者 刘赛月 魏福双 王铀 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第10期72-76,84,共6页
环境障涂层(Environmental barrier coating,EBC)是设立在服役环境和发动机材料之间阻止或减小环境对发动机侵蚀的表面防护层。莫来石具有良好的耐高温性、化学兼容性、抗氧化性和导热性,被视为环境障涂层的重要材料。对纳米结构莫来石... 环境障涂层(Environmental barrier coating,EBC)是设立在服役环境和发动机材料之间阻止或减小环境对发动机侵蚀的表面防护层。莫来石具有良好的耐高温性、化学兼容性、抗氧化性和导热性,被视为环境障涂层的重要材料。对纳米结构莫来石粉体喂料的制备工艺进行了研究,目的是制备出球形度好、表面光滑、流动性好、致密度高的纳米结构粉体喂料。以纳米Al_(2)O_(3)、SiO_(2)粉体为原材料,采用湿法球磨、喷雾干燥、固相烧结的方法制备了用于环境障涂层的纳米结构莫来石粉体喂料。借助X射线衍射仪和扫描电镜研究了粉体喂料在不同热处理温度下的组织与形貌。结果显示,1300℃+150 min的固相烧结的球形度与喷雾干燥所得的球形度保持一致,表面也较为光滑,缺陷较少,莫来石粉体喂料的粒径在60μm左右,晶粒为纳米结构。 展开更多
关键词 莫来石粉体喂料 喷雾干燥 纳米结构 等离子喷涂 环境障涂层(ebc)
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SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料制备技术研究进展
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作者 王衍飞 刘荣军 +2 位作者 张金 杜金平 李端 《材料工程》 2025年第4期52-74,共23页
连续碳化硅纤维增强碳化硅(SiC_(f)/SiC)陶瓷基复合材料具有轻质、高强韧、耐高温、抗氧化等优异的综合性能,是在航空涡轮发动机热端部件和新型空天飞行器防热结构等领域具有广泛应用前景的先进材料。本文从SiC_(f)/SiC复合材料的四大... 连续碳化硅纤维增强碳化硅(SiC_(f)/SiC)陶瓷基复合材料具有轻质、高强韧、耐高温、抗氧化等优异的综合性能,是在航空涡轮发动机热端部件和新型空天飞行器防热结构等领域具有广泛应用前景的先进材料。本文从SiC_(f)/SiC复合材料的四大组成单元出发,综述了SiC纤维、界面相、SiC基体和环境障涂层(EBC)制备技术研究进展,并提出了SiC_(f)/SiC复合材料未来发展需要突破的瓶颈问题。目前第三代SiC纤维具有近化学计量的C/Si比,并且具有优异的高温力学性能和耐温性能。界面相的结构和抗氧化性能对SiC_(f)/SiC复合材料在高温有氧环境下的力学性能起着决定性作用,探索与SiC相匹配且具有优异抗氧化性能的新型界面相,并且实现连续均匀制备,是界面相发展的研究重点。SiC_(f)/SiC复合材料常用的制备方法主要有PIP法、CVI法和RMI法,但是单一方法已经无法满足复合材料的性能需求,由此研究者主要开展了CVI-PIP联用工艺制备SiC_(f)/SiC复合材料的工艺参数、微观结构和力学性能等研究。环境障涂层作为防止SiC_(f)/SiC复合材料受到外界环境侵蚀的屏障,在第三代Si/Yb2Si2O7环境障涂层体系基础上,通过补充Si源、自愈合等策略可制备得到高可靠、长寿命的环境障涂层,从而提高SiC_(f)/SiC复合材料构件的服役寿命。为了实现SiC_(f)/SiC复合材料的广泛应用,未来还需要在复合材料结构设计、低成本制造、新型抗氧化界面相开发、抗开裂、抗剥落的新型环境障涂层研制、失效分析与寿命预测等方面开展进一步的研究工作。 展开更多
关键词 SiC_(f)/SiC复合材料 SiC纤维 界面相 ebc涂层 制备工艺
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