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硅碳棒和铝合金热膨胀系数的差异

    除了热喷涂方法外,包埋渗法也可以在合金上制备硅碳棒涂层,一般方法为先在基体上制备一层金属铂涂层,再通过包埋渗将金属铂层转化为硅碳棒涂层。通过爆炸喷涂在铝合金基体上先制备铂涂层,再利用硅硼共渗的方式制备含B的硅碳棒涂层。也有通过Mo(CO)6前驱体利用化学气相沉积在基体上沉积金属铂层,再进行包埋渗的研究制铂涂层方式会导致涂层结构出现变化,由于爆炸喷涂沉积效率高,其制备的铂涂层过厚将导致硅与硼元素的渗入深度不足,无法与预制备的金属Mo层完全反应生成MoSi2。这导致在基体和硅碳棒涂层之间会有残余的金属铂层,由于金属铂的热膨胀系数比两端小,这导致热应力将在残余铂附近聚集从而产生裂纹。但通过化学气相沉积制备的金属铂层厚度薄,渗入元素容易越过铂层直接与基体发生反应,硅硼共渗过程中,由于其氟化物蒸汽压不同,硼的扩散是硅硼共渗过程中主要的扩散方式,这就使得基体和硅碳棒涂层之间易生成NbB:层,氧化过程中NbB:是氧气扩散的通道之一,会降低涂层的抗氧化性能。玛寄硅硼共渗中的B单质改为TiB2,使渗硅在硅硼共渗过程中占主导,从而杜绝了NbB:的生成。除NbB:外,NbSi2和NbsSi:也是包埋渗过程中易出现的相,根据NbSi:和NbsSi:二者的热膨胀系数(NbSi2cTE=11.7x10-6 K,NbsSi3cTE=9x10-6 K)与硅碳棒和铝合金热膨胀系数的差异,认为过多的NbSi:会引起大的热应力,应通过热处理的方式将其转化为NbsSi3。
    放电等离子烧结也可以用于在基体上制备硅碳棒涂层,其所得的涂层组织在上下端面和侧面存在差异,上下端面由于受到径向压力致密度高,侧面则为疏松状态。制备的硅碳棒具有好的抗氧化性能。由于制备工艺的特殊性,制备所得的涂层与基体之间出现了明显的硅扩散,这提高了涂层的结合强度。但如之前所说,硅向基体扩散会降低涂层的抗氧化性能。除金属铂和之外,硅碳棒涂层也被用于保护碳材料,由于碳材料的热膨胀系数小(CITE=1x10-6 K),直接在碳基体上制备陶瓷材料涂层非常困难,而先于碳基体表面预制一层硅碳棒涂层,再于硅碳棒表面制备陶瓷涂层是解决该问题的有效方式。硅碳棒与碳材料具有良好的物理化学相容性,由于其氧化后会生成Si02,故硅碳棒也具有良好的抗氧化性能,是碳材料常用的高温保护涂层。但是硅碳棒在长期使用过程中会使得Si0:保护膜出现气孔,降低涂层的保护效果[6s。目前,关于单一硅碳棒涂层的研究己经较为少见,将硅碳棒作为中间层制备梯度涂层是目前研究的主要方向。通过两步包埋法在碳材料上成功制备了硅碳棒/ 硅碳棒涂层,提出通过在第一步包埋渗过程中得到与碳基体结合良好的硅碳棒涂层,有助于减小外层与基体的热膨胀系数差异,而避免涂层出现脱落和剥离。除了包埋渗法,热喷涂和浆料法也可以作为制备外涂层的方式。www.beritawan.com

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