耐高温材料的研究与应用探索

第 4 期第 12-23 页材料工程Vol.52Apr. 2024Journal of Materials EngineeringNo.4pp.12-23第 52 卷2024 年 4 月

硅基聚合物耐高温衍生陶瓷涂层

制备与应用研究进展

Research progress in preparation and application

of silicon-containing polymer derived high

temperature resistant ceramic coatings

陈科吉1，2，李鹏飞2，徐彩虹2，吴子剑1*，张宗波2*

（1 哈尔滨理工大学 材料科学与化学工程学院，哈尔滨 150000；2 中国科学院化学研究所，北京 100190）CHEN　Keji1，2，LI　Pengfei2，XU　Caihong2，WU　Zijian1*，ZHANG　Zongbo2*

（1 School of Materials Science and Chemical Engineering，Harbin University of Science and Technology，Harbin 150000，China；

2 Institute of Chemistry，Chinese Academy of Sciences，

Beijing 100190，China）

摘要：随着航空航天领域的不断发展，金属以及碳材料等高温结构部件的服役条件日益苛刻。通过恰当的工艺在高温结构部件表面制备硅基陶瓷涂层并赋予其特殊性能，可有效提高高温结构部件的使用寿命。近年来，聚合物前驱体转化陶瓷涂层逐渐成为一种无机涂层制备的新方法。该方法具有制备工艺简便、涂层功能拓展性强等特点，得到了研究者越来越多的关注。本文主要综述了硅基聚合物前驱体转化陶瓷涂层的研究进展。首先从聚合物陶瓷涂层的制备展开，简要介绍了硅基聚合物前驱体、填料种类以及涂覆工艺和裂解方式对涂层结构以及性能的影响。随后，重点讨论了聚合物前驱体转化陶瓷涂层在耐高温防护领域，包括抗氧化、环境障、热障涂层的应用进展。最后，指出了聚合物陶瓷涂层在涂层性能提升及缺陷控制等方面的问题，并对其发展方向进行了展望，例如通过在硅基前驱体中引入Hf，Zr，Ta等超高温元素，提高陶瓷涂层的耐温等级，以及发展高效的陶瓷化新技术，从而提高陶瓷转化效率及涂层适用性范围等。关键词：聚合物前驱体转化法；陶瓷涂层；高温防护；抗氧化；环境障；热障doi： 10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000560

耐高温铝黑氧化工艺的研究与应用　方本利　一、前言　普通铝氧化工艺氧化黑着色的氧化　膜，耐高温１８０￣Ｃ数小时，否则氧化膜会退　色变红；如果不进行化学封孔处理等，耐高　温性更差，而且汗手接触后会掉色；耐紫外　线照射时间短，一般在ｌ６小时内会严重退　色变红；在自然光照射一个星期后会明显　退色。去年７月份，我们接到一批外商的投　影仪和舞台灯镜头的氧化着黑色产品，黑　氧化膜的要求是：１、经２２０￣Ｃ烘烤ｌ２小时　不退色；２、用４００Ｗ的水银灯照射４８小时　不退色。要达到如此高的要求，怎么办？我　们组织相关技术人员进行试验，在较短的　时间里，解决了这一难题，使加工的产品得　到了客户的好评。在此把我们研究和试验　的过程作一总结，以供同仁参考。　二、对铝黑氧化膜的分析和性能比较　及提出新问题　我们现有的铝黑氧化采用的是硫酸阳　极氧化，氧化膜无色透明，孔隙多，吸附性　强，容易染色。染深黑色时，染色的黑度取　决于氧化膜的厚度和染料的性质。目前我　们采用的染料大部分都是价格比较低廉的　有机酸性黑染料，以前没有采取特殊的后　处理，黑色氧化膜手感差，耐醇性不好，耐　紫外线照射的能力差，抗环境的能力也不　好。为提高氧化膜这些方面的性能，我们通　过研究和筛选试验，最后选用了韩国的｝｝　３００常温封孔剂。从去年三月底开始使用到　现在，无论是在手感方面，耐醇性方面还是　在耐紫外线方面都有很大的提高。满足了　一些有这方面要求的客户，如上海莱卡公　司，ＢＭＥ生物显微镜的铝黑氧化膜的耐醇　性要求，以及日本精工快门叶片夹板等零　件的耐紫外线照射ｌ６小时以上不变色的　要求。后来我们自已的产品所有的外装件　和部份内装件都采用了封孔处理工艺。这　不仅大大提高了铝黑氧化的品质，而且也　使我们的铝黑氧化膜的表面装饰又上了一　个档次。老的问题解决了，新的问题又出现　了。我们的氧化膜为什么不耐高温２２０℃恒　温ｌ２小时呢？这到底是什么原因决定的　呢？是氧化膜太薄造成吸附的染料不足，还　是我们的有机染料本身不能耐２０ｏ℃烘　烤？还是染色后的封孔不到位呢？还是……　三、分步试验、检测、比较　ｌ、调整工艺参数　在原有的条件下调整工艺参数，主要　是降低铝氧化的温度，延长氧化时间以及　提高染色的工艺温度和延长染色的时间。　再进行化学封孔处理，但是，其结果仍然经　不起２２０￣Ｃ烘烤１２小时的检测，从以上的　试验初步证明要达到以上的特殊要求，仅　靠调整工艺参数是不能彻底解决问题的。　必须要寻求一种耐高温的染料和有一个最　佳的封闭处理配合才行，那么，又有什么样　的染料和封闭工艺可以达到这些要求呢？　２、工艺试验　

耐超高温3000°c材料

耐超高温3000°C材料

引言：随着科技的不断进步和人类对极端环境的需求，研究和开发耐超高温材料已经成为一个关键的领域。在许多领域，像太空探索、航空航天、核能、火箭发动机等都需要使用材料能够承受极端的高温。耐超高温3000°C材料的研发旨在寻找新的材料，以满足这些要求。

一、背景1.1 超高温的需求超高温环境下的材料需要具有极高的熔点和强度，以保持其物理和化学性质的稳定。在太空探索工作中，材料需要承受极端的高温和低温变化，以及辐射和气压等因素的影响。同样，在核能工业中，超高温材料可以用于核反应堆，以确保核反应的安全和稳定。

1.2 传统材料的限制很多传统材料如钢、钛合金、陶瓷等在超高温下都会失去强度并发生熔化。因此，研究人员一直在寻找新的材料，以满足超高温环境下的需求。

二、耐超高温3000°C材料的类型2.1 陶瓷材料一些陶瓷材料如碳化硅、氮化硼和碳/碳复合材料等在高温环境下表现出了优异的性能。这些材料通常具有高熔点、高强度和较低的热膨胀系数，能够在3000°C的温度下长时间稳定运行。

2.2 金属材料金属材料如钨、铜、钼等具有较高的熔点，因此，在一些特定应用中可以用作超高温材料。此外，一些合金材料也显示出了很好的耐高温性能，如镍基高温合金和钛基合金等。

2.3 复合材料复合材料由不同类型的材料组成，通过结合不同材料的优点，提高整体性能。例如，知名的碳化硅纳米纤维增强的陶瓷基复合材料对高温具有良好的稳定性和强度。

三、耐超高温3000°C材料的应用领域3.1 太空探索在太空船和火箭发动机中，材料需要承受极端的高温和寒冷，辐射和极端压力等因素。对于这些应用，耐超高温材料是关键，因为它们能保持稳定性并承受极端环境。

3.2 航空航天在航空航天领域，引擎和喷气发动机等部件受到了高温的挑战，特别是在高超音速飞行中。耐超高温材料可以确保引擎的性能和安全。

3.3 核能工业核反应堆是一个极端的高温环境，需要能够承受极端温度和辐射的材料。耐超高温材料可以确保核反应的安全运行。

新型高温合金材料的研究与应用

随着现代科技的不断发展，高温合金材料的应用范围也越来越广泛，包括航空航天、能源等领域。因此，研究和开发新型高温合金材料成为当前的热点问题之一。本文旨在介绍新型高温合金材料的研究和应用情况，并探讨其未来的发展趋势。

一、什么是高温合金材料

高温合金是指在高温（通常指摄氏800度以上）下仍能保持较好的物理性能和化学性能的金属材料。它们具有高强度、高耐热性、高抗氧化性、高耐腐蚀性等优异性能。常见的高温合金材料包括镍基合金、钴基合金和铁基合金等。其中，镍基合金是应用最广泛的高温合金材料。

二、新型高温合金材料的研究

在现代工业中，需要使用高温合金材料的领域越来越广泛，比如航空航天、航海、能源、化工等等都需要使用高温合金材料。因此，对于高温合金材料的研究已经成为了当今世界的重点研究方向之一。

1. 针对高温合金材料的研究

新型高温合金材料主要有两种研究方向：一是利用现有的高温合金材料进行改良；二是研究新的高温合金材料。

在针对现有高温合金材料进行改良的方面，主要是通过控制它们的化学成分和加工成形工艺等方面进行研究，以提高它们的性能。例如，改变钴基高温合金的微观组织与晶界结构，增强其高温强度和塑性变形能力；采用复合结构、溅射、机耐等新技术制备出新型的合金材料。

在研究新的高温合金材料方面，主要是利用一些新材料及其合成方法，在满足一定性能要求的同学下，降低制备成本，提高其应用范围。例如，采用机械合金化技术制备出镍铝合金材料，具有优异的高温抗氧化性能和化学稳定性。

2. 针对高温合金材料的应用研究

高温合金材料的应用范围逐渐扩大，而细节上的应用难点和问题也随之增多。比如，在航空航天领域的利用，需要快速掌握合金材料的物理性能和力学性能等关键性能指标，确保运载飞行器、发动机等工作在恶劣的高温环境下仍能运作稳定。同时，在能源产业领域中应用，需要将高温合金材料应用于功率和发电设备中，进行高温高压部件的制造，提高设备效率和使用寿命。