SiC晶金属陶瓷复合涂层制备技术研究

随着科学技术的发展, 现代国防,空间技术以及汽车工业等领域不仅要求工程材料具备良好的机械性能,而且要求其具有良好的物理性能。

碳化硅(SiC) 陶瓷具有高温强度和抗氧化性好、耐磨性能和热稳定性高、热膨胀系数小、热导率高、化学稳定性好等优点，因而常常用于制造燃烧室、高温排气装置、耐温贴片、飞机引擎构件、化学反应容器、热交换器管等严酷条件下的机械构件,是一种应用广泛的先进工程材料。

它不仅在正在开发的高新技术领域( 如陶瓷发动机、航天器等) 发挥重要作用,在目前的能源、冶金、机械、建材化工等[1]领域也具有广阔的市场和待开发的应用领域。

为此，迫切需要生产不同层次、不同性能的各种碳化硅制品。

碳化硅的强共价键导致其熔点很高，进而使SiC 粉体的制备、烧结致密化等变得更加困难。

本文综述了近些年碳化硅粉体的制备及改性、成型和烧结工艺三个方面的研究进展。

[1] 蔡新民,武七德,刘伟安.反应烧结碳化硅过程的数学模型[J]. 武汉理工大学学报, 2002,24(4): 48-501 碳化硅粉体的制备及改性技术碳化硅粉体的制备技术就其原始原料状态主要可以分为三大类：固相法、液相法和气相法。

1.1 固相法固相法主要有碳热还原法和硅碳直接反应法。

碳热还原法又包括阿奇逊(Acheso n)法、竖式炉法和高温转炉法。

SiC粉体制备最初是采用Acheson法[2]，用焦炭在高温下(2400 C左右)还原SiO2制备的，但此方法获得的粉末粒径较大(>1mm)，耗费能量大、工艺复杂。

20世纪70 年代发展起来的ESK 法对古典Acheson 法进行了改进，80 年代出现了竖式炉、高温转炉等合成3-SiC粉的新设备。

随着微波与固体中的化学物质有效而特殊的聚合作用逐渐被弄清楚，微波加热合成SiC 粉体技术也日趋成熟。

最近,L N. Satapathy 等[3]优化了微波合成SiC的工艺参数。

他们以Si+2C为起始反应物，采用2.45 GHz的微波在1200-1300 C时保温5分钟即可实现完全反应，再通过650 C除碳即可获得纯的^SiC,其平均粒径约0.4 ym。

陶瓷涂层一、金属基陶瓷涂层简介金属基陶瓷涂层是指涂在金属表面上的耐热无机保护层或表面膜的总称。

他能改变金属底材料外表面的形貌、结构及化学组成，并赋予底材料新的性能。

涂层的种类很多；按其组成可分为硅酸盐系涂层、氧化物涂层、非氧化物涂层及复合陶瓷涂层等，按工艺方法可分为熔烧涂层、喷涂涂层、气相沉积及扩散涂层、低温烘烤涂层、电化学工艺涂层、溶胶-凝胶涂层及原位原位反应涂层等；按其性能与用途可分为温控涂层（包括温控、隔热、红外辐射涂层等）、耐热涂层（包括抗高温氧化、抗腐蚀、热处理保护涂层等）、摩擦涂层（包括减磨、耐磨润滑涂层）、电性能涂层（包括导电、绝缘涂层等）、特种性能涂层（包括电磁波吸收、防原子辐射涂层等）及工艺性能涂层等。

二、金属基陶瓷涂层制备技术1．喷涂法（等离子喷涂法）2．化学气相沉积法（CVD）：在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体的某些成分分解，并在基体表面形成一种金属或化合物的固态薄膜镀层。

3．物理气相沉积法（PVD）：离子镀法、溅射法、蒸镀法、离子注入等，离子化使镀层更致密。

目前CVD和PVD的界限已不明显，两者相互渗透，CVD技术引入等离子活化等物理过程，出现了PACVD技术，PVD技术也引入反应气体产生化学过程。

4．复合镀层5．溶胶-凝胶法6．原位反应法三、应用航天航空工业：航天飞机机身外皮发动机涡轮叶片燃烧室内壁齿轮箱传送装置电力电子工业：增加介电常数汽车工业：为了减轻重量而开发新一代汽车发动机，欧洲、日本的汽车制造厂已经采用了合金上电解沉积Ni-SiC复合镀层，这种镀层还能大大提高耐膜性能、润滑性能和耐高温氧化性能。

将氧化锆陶瓷粉末喷涂在内燃机的燃烧室内壁，可提高内燃机的工作温度、节省燃料和简化结构。

切削刀具上的应用：硬度高、耐热粘结性强、化学稳定性高、切削韧性好、切削性能优良等特点。

单双三层刀具，陶瓷镀层刀具寿命是原来的1-2倍，多镀层刀具是陶瓷镀层刀具寿命的0.5-1倍，冶金和机械工业：金属的冶炼热加工和热处理都要在高温下进行，防止金属的高温氧化、渗氮、渗氧，往往在金属表面涂热处理保护涂层。

C f/SiC陶瓷基复合材料的发展与应用现状Development and A pplication of C f/SiC Ceramic M atrix Com posites张玉娣,周新贵,张长瑞(国防科技大学航天与材料工程学院先进陶瓷纤维及其复合材料重点实验室,长沙410073)ZHANG Yu-di,ZHOU Xin-gui,ZHAN G Chang-rui(Key Laboratory o f Advanced Ceram ic Fibers and Co mposites,Colleg e ofAerospace and M aterials Engineering,National University ofDefense Technolo gy,Changsha410073,China)摘要:介绍了C f/SiC复合材料的制备工艺,分析了各种制备工艺的优、缺点。

描述了C f/SiC复合材料近年来在航空涡轮发动机、热保护系统、光学结构及光学反射镜以及刹车片系统等领域的应用发展状况。

对当前C f/SiC复合材料研究存在的问题进行了分析,指出提高C f/SiC陶瓷基复合材料抗氧化性仍是未来发展的一个重要研究方向。

关键词:陶瓷基复合材料;C f/SiC;工艺;应用中图分类号:T Q342.742 文献标识码:A 文章编号:1001-4381(2005)04-0060-04Abstract:The several fabrication pro cesses of C f/SiC ceramic matrix composite(CMC)w ere intr o-duced.T he advantag e and disadvantag e o f ever y pro cess was analyzed.T he discussio n w as put em-phasis on development and application o f C f/SiC composite,such as aero nautic turbine engine,ther-m al protectiv e sy stem,optical structur e and mirr or,brake sy stem and so on.Some current pro blems that lie in study of C f/SiC composites were analyzed,it w as put forw ard that how to im prov e the o xy genation r esistance of C f/SiC composites is still an impo rtant research and dev elo pm ent direction in the future.Key words:CM C;C f/SiC;pro cess;application 陶瓷材料作为一种结构材料,因其具有高强度、高硬度、耐磨损、耐高温和抗腐蚀等优异性能,且能应用于某些高温和苛刻环境中,被誉为“面向21世纪的新材料”[1],受到了越来越多的关注。

sic陶瓷常压烧结以"SIC陶瓷常压烧结"为题，本文将介绍SIC陶瓷的常压烧结工艺和特点。

1. 引言SIC（碳化硅）陶瓷是一种具有优异性能的工程陶瓷材料，其主要特点包括高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀等。

而常压烧结是一种常用的SIC陶瓷制备工艺，本文将从工艺流程、工艺条件以及材料特性等方面介绍SIC陶瓷常压烧结的相关内容。

2. 工艺流程SIC陶瓷常压烧结的工艺流程主要包括原料制备、成型、烧结和表面处理等步骤。

首先，将SIC粉末与其他添加剂按一定比例混合，并经过球磨等工艺进行均匀混合，以提高材料的致密性。

然后，将混合料进行成型，常见的成型方法有压制、注塑和挤出等。

成型后的坯体需要经过干燥处理，以去除水分和有机物。

接下来，将干燥后的坯体进行烧结，烧结温度一般在1900~2200摄氏度之间，烧结时间根据陶瓷的要求而定。

最后，通过机械加工和表面处理，得到符合要求的SIC陶瓷制品。

3. 工艺条件SIC陶瓷常压烧结的工艺条件对于制备高质量的陶瓷制品非常重要。

其中，烧结温度是影响陶瓷致密性和晶粒尺寸的关键因素，过低或过高的温度都会影响烧结效果。

此外，烧结时间也会对陶瓷的性能产生影响，过短的时间可能导致烧结不完全，而过长的时间则会导致晶粒长大。

此外，压制力和添加剂的选择也会对烧结效果产生影响。

4. 材料特性SIC陶瓷常压烧结后，具有许多优异的特性。

首先，SIC陶瓷的硬度非常高，仅次于金刚石和立方氮化硼。

其次，SIC陶瓷具有优异的耐高温性能，可在高达1600摄氏度的温度下长时间稳定工作。

此外，SIC陶瓷还具有良好的耐腐蚀性能，可在酸、碱等恶劣环境下使用。

而且，SIC陶瓷的导热性能也非常好，可用于高温传热领域。

此外，SIC陶瓷还具有良好的机械性能和尺寸稳定性，可用于制备精密零部件。

5. 应用领域SIC陶瓷常压烧结后，可以应用于众多领域。

在机械工程领域，SIC 陶瓷常用于制造轴承、密封件、喷嘴等零部件。

第49卷第7期 2021年7月硅 酸 盐 学 报Vol. 49，No. 7 July ，2021JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI ：10.14062/j.issn.0454-5648.20200892SiC/SiC 复合材料抗氧化界面相的研究现状及展望杨会永1，徐 彬1，陈 典1，王 方1，陈 智1，罗瑞盈2，李明远3，袁 钦4，刘同淇1(1. 南昌航空大学材料科学与工程学院，江西 南昌330063；2. 北京航空航天大学物理科学与核能工程学院，北京100191； 3. 中国人民解放军陆军第九综合训练基地，河北 宣化 075100；4. 中国科学院宁波材料技术与工程研究所，浙江 宁波315201)摘 要：SiC/SiC 复合材料具有耐高温、抗氧化、耐烧蚀、抗热震等优异性能，是航空航天领域理想的高温结构材料。

界面相是影响SiC/SiC 复合材料性能的关键因素之一。

依据陶瓷基复合材料界面相设计理念的不同，本工作将SiC/SiC 复合材料界面相分为层状结构、难熔氧化物、稀有金属盐、多元陶瓷4大类，综述了各类界面相的材料种类与形式、力学及抗氧化性能改性效果、性能影响因素及作用机理、存在的问题，并对未来发展趋势进行了展望。

关键词：碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料；界面相；研究现状；抗氧化中图分类号：TQ343 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2021)07–1446–11 网络出版时间：2021–06–25Development on Oxidation Resistant Interphase of SiC/SiC CompositesYANG Huiyong 1, XU Bin 1, CHEN Dian 1, WANG Fang 1, CHEN Zhi 1, LUO Ruiying 2, LI Mingyuan 3, YUAN Qin 4, LIU Tongqi 1(1. School of Materials Science and Engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China;2. School of Physics and Nuclear Energy Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China;3. Army's Ninth Comprehensive Training Base, Xuanhua 075100, Hubei, China;4. Ningbo Institute of Material Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences, Ningbo 315201, Jiangsu, China)Abstract: As the ideal candidate materials for high-temperature structure parts in aeronautics and astronautics domain, SiC/SiC composites possess some advantages, e.g ., heat-resistant, oxidation resistance, ablation resistance and heat shock resistance. Interphase is one of critical factors affecting the performances of SiC/SiC composites. According to the interphase design philosophy of ceramics matrix composites, the interphases of SiC/SiC composites are divided into four kinds, i.e ., layered structure, refractory oxide, rare metal salts and multiple components ceramics. In this review, the species and styles of interphase, modifying effects on mechanical and oxidation resistance properties, influence factors on the properties and mechanisms and some existing problems were represented, and the proper perspectives were proposed.Keywords: silicon carbide fiber reinforced silicon carbide matrix composites; interphase; research status; oxidation resistance连续碳化硅纤维增强碳化硅基(SiC/SiC)复合材料具有低密度、高比强度、高比模量、耐高温、抗氧化、耐烧蚀、耐冲刷、抗热震等优异性能，是航空航天领域理想的高温结构材料[1–3]。

化学气相沉积法制备SiC纳米线的研究进展摘要：SiC纳米线具有优良的物理、化学、电学和光学等性能在光电器件、光催化降解、能量存储和结构陶瓷等方面得到广泛应用。

其制备方法多种多样其中化学气相沉积法（CVD)制备SiC纳米线因具有工艺简单、组成可控和重复性好等优点而备受关注。

近年来在化学气相沉积法制备SiC纳米线以及调控其显微结构方面取得了较多成果。

采用Si粉、石墨粉和树脂粉等低成本原料以及流化床等先进设备,通过化学气相沉积法制备出线状、链珠状、竹节状、螺旋状以及核壳结构等不同尺度、形貌各异的SiC纳米线并且有的SiC纳米线具有优良的发光性能、场发射性能和吸波性能等,为制备新型结构和形貌的SiC纳米线及开发新功能性的SiC纳米器件提供了重要参考。

目前,未添加催化剂时利用气相沉积法制备的SiC纳米线虽然纯度较高但存在产物形貌、尺度和结晶方向等可控性差;制备温度较高和产率相对较低的问题。

而添加催化剂、熔盐以及氧化物辅助可明显降低SiC纳米线的制备温度提高反应速率以及产率但易在SiC 纳米线中引入杂质。

将来应在提高SiC纳米线的纯度、去除杂质方面开展深入研究;还应注重低成本、规模化制备SiC纳米线的研究采用相应措施调控SiC纳米线的显微结构以拓宽SiC纳米线的应用领域。

本文综述了目前国内外采用化学气相沉积制备SiC纳米线的方法分析总结了无催化剂、催化剂、熔盐以及氧化物辅助等各种制备方法的优缺点并对未来的研究进行展望,期望为SiC纳米线的低成本、规模化制备和应用提供理论依据。

引言：SiC纳米线因具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等而表现出独特的电、磁、光、热等物理和化学性质。

同时SiC纳米线还具有优异的力学性能、抗腐蚀性、耐热性以及耐高温氧化性等，使其在复合材料和陶瓷材料的强化增韧中起重要作用调以及吸收性能好，可有效改善材料的场发射性能、催化性能、电化学性能及微波吸收性能等l1。

多功能性的SiC纳米线成为极具广泛应用潜力的理想新型材料。

第２９卷第３期２０１０年３月中国材料进展ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＣＨＩＮＡＶｏＬ２９Ｎｏ．３ＭａＹ－２０１０ＣＶＤ法ＳｉＣ纤维的涂层研究李雪成，杨延清，张荣军，罗贤，刘翠霞（西北工业大学材料科学与工程学院，陕西西安７１００７２）摘要：纤维表面涂层法是解决ＣＶＤＳｉＣ纤维增强复合材料界面问题的有效途径。

从涂层选取原则、涂层分类和制备方法三方面对该技术进行了介绍。

并对几种典型涂层进行了重点评述。

最后，指出了目前该领域研究所存在的一些问题，也对今后的发展趋势进行了展望。

关键词：涂层；ＳｉＣ纤维；复合材料；界面反应；界面结合强度中图分类号：０１６３．７２文献标识码：Ａ文章编号：１６７４—３９６２（２０１０）０３—００３３—０６ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＣｏａｔｉｎｇｏｆＣＶＤＳｉＣＦｉｂｅｒ李雪成ＬＩＸｕｅｃｈｅｎｇ，ＹＡＮＧＹａｎｑｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＲｏｎｇｊｕｎ，ＬＵＯＸｉａｎ，ＬＩＵｃｕｉｘｉａ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｍｖｅ瑙ｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００１６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｂｅｒｃｏａｔｉｎｇｉｓ叽ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｗａｙｔｏｒｅｓｏｌｖｅｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆＣＶＤＳｉＣｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｒｅｅａｓｐｅｃｔｓ：ｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆｃｏａｔｉｎｇ，ｔｈｅｃａｔｅｇｏｒｙｏｆｃｏａｔｉｎｇａｎｄｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｃｏａｔｉｎｇ．Ｓｏｍｅｔｙｐｉｃａｌｃｏａｔｉｎｇｓａｌｅｐａｉｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏ．Ａｔｌａｓｔ，ｓｏｍｅｓｈｏｒｔａｇｅｓｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｉｓａｒｅａａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ；ｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｉｓａｌｓｏｐｒｅｄｉｃｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏａｔｉｎｇ；ＳｉＣｆｉｂｅｒ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；ｉｎｔｅｒｆａｃｅｒｅａｃｔｉｏｎ；ｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｏｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈ１前言采用化学气相沉积法（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）制备得到的连续ＳｉＣ纤维具有很高的室温拉伸强度和拉伸模量，较低的密度，良好的高温性能以及抗腐蚀、抗蠕变、抗辐射等一系列优点，适用于增强聚合物基、金属基和陶瓷基复合材料。

DO1：1O.19936/ki.2096-8000.20210328.011CVD沉积工艺对SiC涂层结晶度与耐腐蚀性能的影响刘桂良】，何宗倍1,王梓璇2,张瑞谦1,王继平八(1.中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室，成都610213；2.西安交通大学材料科学与工程学院金属材料强度国家重点实验室，西安710049)摘要：通过化学气相沉积(CVD)SiC涂层来提高SiC f/SiC复合材料的耐腐蚀性能，本文以CH3SiCl3(MTS)为源气体，在反应烧结SiC基体上制备SiC涂层，控制沉积温度、炉压及比/MTS摩尔比等工艺参数，通过X射线衍射实验(XRD)得到不同工艺条件下生成的碳化硅涂层的物相组成和结晶度，通过高温水腐蚀实验检测涂层的耐腐蚀性，并利用扫描电子显微镜(SEM)观察腐蚀前后的表面形貌。

结果表明：当沉积时间为8h,沉积温度从1050C到1250C,0-SiC涂层表面平整性提高，沉积厚度由12.97急剧增加至71.10^m,SiC晶粒尺寸逐渐增大，最终呈金字塔状;碳化硅涂层腐蚀60d后，表面呈现针状结构，1250C下沉积的SiC涂层耐腐蚀性能较好；0-SiC涂层的晶粒尺寸随沉积炉压的增大而增大，结晶度随沉积炉压增大而减小，在200Pa以下，获得的0-SiC晶粒的结晶度最高(81.08%)、晶粒尺寸最小(13.7nm)；随着比/MTS摩尔比增加，0-SiC晶粒结晶度迅速下降，当H2/MTS=6.5时，结晶度最高(95.91%)。

关键词：SiC f/SiC；复合材料；耐腐蚀性；SiC涂层；化学气相沉积；结晶度中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：2096-8000(2021)03-0071-071引言SiC f/SiC复合材料被认为是理想的核燃料元件包壳候选材料［1,2］,但是其表面存在的裂纹和孔洞会为腐蚀性介质扩散提供通道,导致材料的不均匀氧化及破坏［3-5］，大大影响元件的工作安全性和使用寿命。