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导致硅碳棒涂层抗热震性能差原因分析

    硅碳棒具有良好的抗氧化性能,但其在低温氧化时会发生“Pesting”氧化现象。低温阶段硅碳棒氧化形成的Moo:和Si0:会引起明显的体积变化,将在裂纹、孔洞或晶界处产生局部应力,进而导致硅碳棒灾难性的“Pesting”氧化现象,这也限制了硅碳棒作为涂层材料的应用。针对“Pesting”氧化问题,国内外学者对该现象有以下解释:(1) Hardening效应,提出低温氧化时,氧气沿晶界的扩散速率高于沿硅碳棒的扩散速率,晶界被硬化,材料内部应力迅速增现“Pesting”氧化现象。(2)材料内部缺陷ss,孔洞,裂纹等缺陷在氧化环境中将率先与氧气发生反应,氧化后缺陷处出现体积膨胀促使缺陷扩展,引起硅碳棒的“Pesting”氧化现象。(3)晶界与缺陷共同作用, 硅碳棒材料的“Pesting”氧化现象是材料内部晶界与缺陷的共同作用。无缺陷的单晶硅碳棒内部氧气扩散速率低,几乎不出现“Pesting”氧化现象,但如果单晶硅碳棒有缺陷存在,氧气可以通过缺陷进行扩散,材料将出现"Pesting"氧化现象。由此可知,为提高硅碳棒涂层的低温抗氧化性能,减少涂层内部缺陷和控制晶界生长是可用手段。硅碳棒涂层在应用中,还受到热膨胀系数与基体不匹配问题的限制,硅碳棒涂层与基体热膨胀系数不匹配将会导致硅碳棒涂层抗热震性能差,在温度变化过程中由于热应力的释放,涂层内部将形成裂纹以影响涂层的抗氧化性能。可以通过添加第二相来调整涂层的热膨胀系数或者制备梯度涂层以减少热膨胀系数的差异。国内外学者对于硅碳棒基高温抗氧化涂层的研究主要以铂合金,妮合金以及碳材料三种材料为基体。铂金属及其合金是优异的高温结构材料,但由于铂在高温含氧环境下易氧化,固需要在铂金属及其合金表面制备硅碳棒涂层以提高其抗氧化性能。在铂基合金上制备硅碳棒涂层首要考虑的就是热膨胀系数差异的问题(MOCTE=5.1 X 10-6 K)。研究了渗氮步骤对化学气相沉积制备硅碳棒涂层影响,若无渗氮步骤直接利用CVD制备硅碳棒涂层,可观察到硅根据其扩散深度分为最外层的硅碳棒,中间的MosSi:以及最内层的Mo3Si,得到的涂层为柱状晶结构,且有裂纹存在。铂基体渗氮后可在基体表面先生成一层MoaN,在此基础上制备的硅碳棒涂层,为硅碳棒涂层引入了S13N4相,这可以有效的降低硅碳棒涂层与Mo基体的热膨胀系数差异,从而减小了硅碳棒涂层的开裂倾向提高了涂层的抗氧化性能。www.beritawan.com

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