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《哈尔滨工业大学》 2010年
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SiC高温陶瓷涂层的制备及性能研究

赵建民  
【摘要】: 本文采用氩弧熔覆工艺在石墨碳基体表面制备了SiC高温陶瓷涂层。研究了在一定的熔覆工艺参数下,不同体系组分设计对制备涂层的影响,分析了涂层的界面行为及机理。利用SEM、XRD、HV等对涂层的微观组织、物相及硬度等进行了分析,并采用等离子火焰和箱式电阻炉对涂层的耐烧蚀、抗氧化性能进行了测试。结果表明:氩弧熔覆工艺制备SiC高温陶瓷涂层是可行的,采用Si和SiC的混合粉末均能制备与石墨基体结合良好的SiC涂层,并与前人所做的Si和C混合制备涂层进行比较。在其它工艺参数相同,组分设计n(SiC):n(Si)=1:0.5采用焊接电流135A时制备,涂层预覆层粉末与石墨基体发生完全化学反应,生成致密均匀的SiC组织。SEM表明各涂层与基体之间具有良好冶金结合;XRD表明涂层中新形成了β-SiC。 提出了SiC涂层形成的β-SiC生长机理。涂层原料中的SiC做为升华源,在氩弧高温作用下,升华为气态C-Si原子团。涂层原料中的Si粉在氩弧的作用下,呈液态,在石墨基体上铺展、润湿,并扩散进入石墨基体,与基体中的C原子反应生成最易成核β-SiC。而这部分新形成的SiC起到了籽晶的作用。升华为气态的C-Si原子团在电弧的作用下,也进入到石墨基体,在β-SiC上实现外延生长。涂层的引入提高了碳材料的耐烧蚀、抗氧化性能。组分设计n(SiC):n(Si)=1:0.5制备的涂层防护的石墨材料质量烧蚀率为10.5mg/s,约为石墨基体的1/2;组分设计n(SiC):n(Si)=1:0.8涂层在1400℃保温10h的单位面积上质量变化率为7×10-3mg/(mm2)。SiC在烧蚀、氧化过程中的产物SiO_2形成自愈合保护膜,提高碳基体的耐烧蚀和抗氧化性能。 试样在等离子火焰烧蚀下是表面烧蚀和体积烧蚀的共同作用。提出了SiC涂层的惰性氧化机理。在高温条件下,涂层表面形成了一层非常薄的、致密的、与基体结合牢固的SiO_2氧化膜,氧在其中的扩散系数非常小。因此,SiC涂层的氧化非常缓慢。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG174.453

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【引证文献】
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