SiC高發(fā)射率涂層的制備及性能表征.pdf

1、高發(fā)射率功能性防熱涂層作為高超聲速飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，可以有效提高熱防護(hù)系統(tǒng)的防熱效果。本研究以Al2O3溶膠為粘結(jié)劑，以SiC、Co3O4納米粉為高輻射填料，在鎳基高溫合金表面制備了具有高發(fā)射率的防熱涂層。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射分析(XRD)、傅立葉紅外光譜(FT-IR)等分析方法研究了涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)與相組成；測試了涂層在不同厚度、不同溫度條件下的光譜發(fā)射率，獲得了發(fā)射率的變化規(guī)律，并分析了影響因素；

2、采用整體加熱—水淬冷卻的方法評價了涂層的抗熱震性能，分析了涂層的裂紋擴(kuò)展過程及涂層剝落形式。
　　本文通過高輻射涂層材料體系的選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定涂層結(jié)構(gòu)從高溫合金基體向上分別為Al2O3預(yù)涂層、分散于Al2O3溶膠中的SiC和Co3O4高發(fā)射率層。通過研究涂料配制、涂敷方式、涂層干燥工藝、涂層燒結(jié)工藝，獲得了高輻射涂層的制備工藝參數(shù)。結(jié)果表明，確定Al2O3溶膠的添加量為90％，采用SiC、Co3O4納米粉與Al2O3溶膠混合球

3、磨8小時的方法可制得輻射涂料。為獲取具有一定厚度的涂層，采用多次浸涂的方式，并且為避免浸涂中溶解已干燥的涂層，需對每次涂敷的涂層進(jìn)行300℃預(yù)燒結(jié)。選用60℃下涂層充分干燥、以約為2℃/min的升溫速率進(jìn)行室溫至520℃熱處理、以10℃/min的升溫速率進(jìn)行520℃以后的熱處理，可確保獲得涂層的質(zhì)量穩(wěn)定。組織結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，在一定厚度范圍內(nèi)涂層致密沒有缺陷，超過臨界厚度產(chǎn)生規(guī)則裂紋。涂層經(jīng)900℃保溫一小時后涂層表面顆粒明顯長大，表面

4、粗糙度增加，經(jīng)高溫處理的涂層相組成沒有明顯變化，熱處理使涂層完成了結(jié)晶轉(zhuǎn)化，高溫退火造成了涂層晶粒的長大。研究了涂層光譜發(fā)射率隨涂層厚度、燒結(jié)溫度、環(huán)境溫度等的變化規(guī)律。結(jié)果表明，發(fā)射率隨涂層厚度增加而升高，達(dá)到臨界厚度由于裂紋的出現(xiàn)使發(fā)射率略有下降。經(jīng)過900℃高溫處理后，涂層的發(fā)射率略有增加。涂層表面光譜發(fā)射率隨環(huán)境溫度的升高而增大，隨波長的變化趨勢基本相同。研究中制得的高發(fā)射率涂層其發(fā)射率可達(dá)0.9以上。研究了涂層的抗熱震性，分析

5、了涂層的失效形式。結(jié)果表明，700℃-20℃熱震過程中，厚度為19μm的涂層經(jīng)過40次循環(huán)表面出現(xiàn)剝落；900℃-20℃熱震過程中循環(huán)20次即出現(xiàn)剝落。熱震循環(huán)過程中，裂紋經(jīng)過萌生，交錯生長，最終形成網(wǎng)狀龜裂紋。涂層厚度為19μm時，失效形式表現(xiàn)為輻射層從與涂層表面剝落。涂層厚度為臨界值25μm時，首先由最外側(cè)涂層剝落開始破壞，逐層剝落，最終從基體上脫落導(dǎo)致失效。與基體熱膨脹系數(shù)的差異使涂層在較大的溫度梯度下產(chǎn)生熱應(yīng)力是導(dǎo)致涂層失效的主