● 摘要
随着航空事业的发展，发动机热端部件的进口温度不断提升。目前已广泛应用在热端部件上的高温镍基合金材料由于金属成分熔化等原因，在使用温度提升的过程中材料的机械性能迅速下降。硅基非氧化物陶瓷材料（SiC、Si3N4等）在高温时具备良好的性能稳定性，使其成为未来发动机热端部件的主要候选材料之一。在干燥环境中由于外部生成氧化硅钝化膜而能保持表面稳定的硅基非氧化物陶瓷材料，在潮湿、高温、含腐蚀性气体的发动机工作环境中却会发生剥落和变形，这就需要涂覆环境障及热障涂层对其进行保护。本学位论文以硅基非氧化物陶瓷中具有代表性的反应烧结碳化硅材料作为试验基体，参阅国内外文献，在其表面制备出硅/莫来石/焦硅酸镱三层涂层体系。其中，硅层为粘合层；莫来石层为热障涂层；焦硅酸镱层为环境障涂层。硅层和焦硅酸镱层的制备采用等离子喷涂工艺，莫来石层的制备为溶胶-凝胶法。 通过热膨胀系数、各层及结合处的成分、表面形貌、结合强度、高温稳定性等方面的测试，本文系统地研究了涂层体系的物理化学性能和微观组织结构，确定了等离子喷涂及溶胶-凝胶法的主要制备工艺参数。在等离子喷涂过程中重点研究喷涂压力、进样器流量、喷涂距离、送粉率等对环境障涂层的影响，而溶胶-凝胶法的水浴温度、催化剂、回流时间等是对热障涂层的组织和性能的主要影响因素。 试验结果表明，在碳化硅基体上制备的三层涂层大部分区域保持均匀、致密，无开裂现象，各涂层之间以及涂层与基体之间都能保持良好的结合，硅/莫来石/焦硅酸镱三层涂层体系由于其对氧气及水蒸气良好的抵抗力和稳定的隔热效果而能起到对碳化硅基体持久的保护效果。研究表明，各层中环境障涂层焦硅酸镱的抗裂纹性能和表面稳定性尤为重要，当裂纹产生以后会迅速生长，横向生长会导致涂层的剥落，纵向生长会使氧气或水蒸气轻易扩散至涂层内部及基体表面。涂层的表面稳定性和抗高温性能会随着喷涂时间和浸涂次数（涂层厚度）的增加而增强，但涂层的结合性能会有略微下降。