郑学斌
作品数: 285被引量:470H指数:12
  • 所属机构:中国科学院上海硅酸盐研究所
  • 所在地区:上海市
  • 研究方向:金属学及工艺
  • 发文基金:国家自然科学基金

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聚碳硅烷基复合涂层PCS裂解行为及其抗激光烧蚀性能
2023年
针对高性能激光防护涂层的开发问题,根据聚碳硅烷(PCS)裂解时会消耗大量激光能量,并产生高温陶瓷保护相的特点,本研究创新性地提出在传统氧化钇稳定氧化锆(YSZ)隔热涂层表面再复合PCS烧蚀型涂层的防护思路,采用料浆法结合大气等离子喷涂技术(APS)在Ni基合金表面分别制备了NiCrAlY/YSZ/PCS-TiO_(2)(YPT)和NiCrAlY/YSZ/PCS-Y_(2)O_(3)(YPY)涂层。在研究TiO_(2)和Y2O3添加相对PCS裂解行为影响的基础上,系统研究了YPT和YPY复合涂层对10.6μm CO_(2)激光器的抗激光烧蚀性能,并与单层YSZ涂层进行比较。结果表明,YPY和YPT复合涂层比传统YSZ涂层的激光防护效果更好,这是因为在激光烧蚀初期,涂层表面的PCS裂解会消耗激光能量,且烧蚀后残余的Y_(2)SiO_(5)、SiC和SiO_(2)相会沉积在YSZ涂层上,形成致密的保护层,继续对YSZ涂层进行激光防护。YPY比YPT涂层激光防护性能更好,这是因为Y_(2)O_(3)具有高热导率和低热膨胀系数,YPY涂层产生的温度梯度更小,从而缓解热应力,且Y_(2)O_(3)参与PCS的裂解生成了Y_(2)SiO_(5)相,比TiO_(2)更能抑制PCS裂解引起的体积膨胀。此外YPY涂层中心烧蚀温度更高,生成PCS裂解产物SiC和SiO_(2)相的速度更快,能及时保护下方涂层,表现出更好的抗激光烧蚀性能。该研究有望为新型抗激光复合涂层的设计提供研究思路。
蔡佳赵芳霞范栋黄利平牛亚然郑学斌张振忠
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梁莹谢有桃季珩黄利平郑学斌
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采用等离子喷涂技术,在Ti-6Al-4V基体上成功地制备了羟基磷灰石/氧化锆(HA/ZrO2)复合涂层,对涂层的微观结构、相组成和结合强度进行了研究,并以模拟体液试验评估涂层的生物活性.结果表明,复合涂层具有较为均匀的微观结构.HA/ZrO2复合涂层的结合强度明显高于 HA涂层, HA/60 wt% ZrO2涂层的结合强度高达 28.5MPa,为 HA涂层的 2.2倍.复合涂层在模拟体液中浸泡一段时间后,表面覆盖一层碳酸磷灰石(carbonate-apatite),表明涂层具有良好的生物活性.
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陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMCs)具有密度低、耐高温、抗氧化、力学性能优异等特点,可部分取代传统高温合金应用于新一代航空发动机的热端部件。但CMCs在服役过程中面临严苛的水氧腐蚀,这严重影响其性能稳定性。环境障涂层(environmental barrier coatings,EBCs)是应用于航空发动机热端部件的重要材料,可将腐蚀性介质与CMCs隔离开来,从而对基体进行有效保护。简要介绍了EBCs应用背景、选材要求、发展历程和制备工艺,重点叙述了稀土硅酸盐EBCs水氧腐蚀行为和机理的研究进展,并阐述了其服役过程中的失效原因。针对目前EBCs研究存在的问题提出了改进建议。期望本综述对高性能EBCs的开发提供一些参考。
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