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等离子喷涂:应用UHTC涂层的另一种方法

更新时间  2019-06-26 01:50:16 阅读

            等离子喷涂陶瓷登上天空作为下一代飞机的一部分,在四月的aces声明。虽然一些文章关注于开发喷气发动机和“超级”涡轮的陶瓷基复合材料(CMC),但其他文章则关注于使用陶瓷作为CMC的环境屏障涂层,以提高其抗烧蚀和抗氧化能力。

            真空等离子喷涂的工作原理是将金属或陶瓷粉末注入热气等离子体中,使粉末熔化。然后这些熔融液滴被投射到基底上形成涂层。在涂覆过程中,VPS喷涂室充满了惰性气体并保持低压,以确保不会发生氧化。在他们的论文中,研究人员解释说,他们选择研究真空等离子热喷涂作为化学气相沉积和化学气相渗透的潜在替代品,因为“等离子喷涂是经济的,可以很容易地应用于工业规模。”此外,“VPS涂层具有高纯度、低孔隙率和高沉积速率,且不会形成氧化物。”等离子热喷涂等离子体射流的速度和温度与涂层的相变、厚度和孔隙率密切相关。因此,研究人员在最近的研究中目标是研究放电电流(控制等离子体射流速度和温度)怎样影响碳/碳(C/ C)复合材料上的ZrC涂层的。

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            在锆碳复合材料被包覆之前,研究人员在碳碳复合材料的表面制备了一层较厚的碳化硅层,以减小锆碳复合材料与碳碳碳复合材料的热膨胀系数之差。在VPS中,他们使用氩和氦作为等离子体来形成气体。为了测试耐烧蚀性,研究人员将涂层和未涂层样品置于金刚石喷枪产生的高压火焰下30秒。烧蚀试验在露天进行,涂层和未涂层样品的最高表面温度分别为2052℃和2275℃。研究人员发现等离子喷涂中,没有涂层的样品重量减少了0.95克,而涂层样品的重量和厚度分别增加了0.8克和113微米。他们将这一发现归因于ZrC在外表面氧化为ZrO 2。

            仔细观察,他们发现消融后的涂层样品表面出现裂缝和毛孔,这可能是由于ZrO2在高温期间经历了两次相变,随后在消融测试后进行了冷却。无论如何,“很明显,涂层表面的ZrO2保护膜有效地防止了氧气从ZrC扩散到C/ C复合材料,”研究人员在论文中指出。

            在他们的结论中,研究人员总结了VPS技术在涂层复合材料方面的有效性。“使用VPS的涂层工艺有效地保护了消融环境中的C/ C复合材料;此外,在ZrC涂层和基材之间未检测到分离的涂层,表明它们之间具有良好的粘附性。




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