● 摘要
SiC陶瓷具有优良的高温力学性能，用于涡轮发动机的制造具有良好的前景，但是在其工作环境中易发生氧化，表面稳定性急剧恶化。所以需要在其上涂覆热障环境障涂层进行有效保护。本文研究了在碳化硅陶瓷基体表面涂覆涂层的制备工艺，以及对涂层的性能进行表征。在碳化硅基体上，逐次涂覆硅层、莫来石层、稀土硅酸盐层这样的复合涂层体系，发挥它们各自的独特性能，使各层之间相互协调，相互补充，对碳化硅在发动机的高温环境下进行保护。在SiC基体上制备热障环境障涂层过程中，以120~180目粒度的硅粉为原料，利用等离子喷涂技术，在SiC基体表面制备硅层。以正硅酸乙酯（TEOS）和硝酸铝（Al(NO3)3∙9H2O）为原料，采用溶胶-凝胶法制备莫来石涂层，对莫来石涂层制备工艺的影响因素及其形成机理进行了初步探讨，并利用TG-DTA和XRD等技术对莫来石涂层进行表征，综合各种因素确定出合理的制备工艺参数。以Yb2O3和SiO2为主要原料，利用高温固相反应，结合XRD分析和SEM微观形貌观测，制备了稀土镱硅酸盐——单硅酸镱和焦硅酸镱，利用等离子喷涂技术，制备了稀土镱硅酸盐层。对各涂层间的热膨胀系数匹配进行分析，表明从基体到面层材料的热膨胀系数是在逐渐增大的，说明通过硅层、莫来石层的应用可以减小基体与面层的热膨胀系数不匹配程度，缓和涂层与基体之间的界面应力。利用XRD对各层涂覆以后进行物相分析，推知各涂层之间主要为物理结合。利用SEM对各层涂覆以后进行形貌观测显微分析，硅层在一定程度上改善了SiC基体表面的多孔结构，经过煅烧后的莫来石层表面形成了少量的裂纹，而面层稀土镱硅酸盐层的喷涂，将裂纹覆盖住，改善了整体涂层体系的表面形貌。涂覆整体涂层体系后的碳化硅在氧化实验过程中，几乎没有发生增重，说明涂层对于碳化硅基体抗氧化性能提高具有显著作用。论文对所制备的涂层体系在高温环境下，对碳化硅基体的保护作用机理进行初步分析。