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C/C基体上ZrB_(2)/SiC复合涂层的抗烧蚀性增强方法

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北京理工大学学报 2024年第1期44卷 76-82页

作者：高志廷马壮柳彦博刘强王一帆王冬北京理工大学材料学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 东北大学材料学院辽宁沈阳110819 空装驻北京地区第二军事代表室北京100037

研究高压热流场景下,在碳/碳(C/C)基体表面ZrB_(2)/SiC复合涂层的抗烧蚀性增强方法.在等离子体喷涂ZrB_(2)/SiC复合涂层表面,采用CH3SiCl3-H2-Ar系统,化学气相沉积(CVD)-SiC密封层.对ZrB_(2)/SiC涂层与CVD-SiC密封层的结构演化、烧蚀性... 详细信息

研究高压热流场景下,在碳/碳(C/C)基体表面ZrB_(2)/SiC复合涂层的抗烧蚀性增强方法.在等离子体喷涂ZrB_(2)/SiC复合涂层表面,采用CH3SiCl3-H2-Ar系统,化学气相沉积(CVD)-SiC密封层.对ZrB_(2)/SiC涂层与CVD-SiC密封层的结构演化、烧蚀性能与烧蚀机理进行了研究.结果表明:CVD-SiC密封层增强的ZrB_(2)/SiC复合涂层经过两个600 s循环烧蚀后,仍然具备抗烧蚀性能,表面CVD-SiC由β相向α相转化.CVD-SiC密封层填充了等离子喷涂ZrB_(2)/SiC复合涂层的空隙,限制了氧沿着涂层裂纹和孔洞向C/C基体扩散,进而提高了抗烧蚀性.

关键词：密封层烧蚀等离子喷涂 C/C复合材料化学气相沉积

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C/C复合材料表面陶瓷涂层研究进展

推进技术 2024年

作者：王硕博刘可立宋运泽王兵杨超董健柳彦博刘玲王琴北京飞航捷迅科技有限公司北京理工大学重庆创新中心北京理工大学唐山研究院北京理工大学材料学院北京动力机械研究所

在C/C复合材料表面制备抗氧化烧蚀的陶瓷涂层，将超高温、高冲刷、含氧的服役环境与基体隔离开来，是延长其在极端环境下使用寿命的有效方法之一。表面涂层技术种类丰富，工艺简单，耗时短，制备成本相对较低，既能赋予基体抗氧化和耐... 详细信息

在C/C复合材料表面制备抗氧化烧蚀的陶瓷涂层，将超高温、高冲刷、含氧的服役环境与基体隔离开来，是延长其在极端环境下使用寿命的有效方法之一。表面涂层技术种类丰富，工艺简单，耗时短，制备成本相对较低，既能赋予基体抗氧化和耐烧蚀性能，又不会显著影响基体的高温力学性能，有力地促进了C/C复合材料在航空航天领域的应用。本文从涂层的结构和成分出发，对现有涂层体系进行了梳理，再结合涂层的化学组成特点，系统综述了表面陶瓷涂层领域的最新研究进展，并对多种纳米结构增强涂层策略进行分析，最后展望了表面涂层技术面临的新挑战和发展方向。

关键词：热防护 C/C复合材料陶瓷涂层表面涂层技术抗氧化耐高温综述

Ta_(2)O_(5)-Y_(2)O_(3)掺杂剂对氧化锆相结构、断裂韧性和热物理性能的影响

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稀有金属材料与工程 2021年第6期50卷 1890-1895页

作者：陈东王全胜柳彦博宁先进北京理工大学材料科学与工程学院北京100081

合成制备了一系列的Ta_(2)O_(5)-Y_(2)O_(3)掺杂的ZrO_(2)(TYSZ)。研究了掺杂剂含量对处理相结构、相稳定性、断裂韧性、热膨胀系数和导热系数的影响,同时探讨了应力条件下TYSZ的响应机制。结果表明,掺杂Ta_(2)O_(5)和Y_(2)O_(3)引起的... 详细信息

合成制备了一系列的Ta_(2)O_(5)-Y_(2)O_(3)掺杂的ZrO_(2)(TYSZ)。研究了掺杂剂含量对处理相结构、相稳定性、断裂韧性、热膨胀系数和导热系数的影响,同时探讨了应力条件下TYSZ的响应机制。结果表明,掺杂Ta_(2)O_(5)和Y_(2)O_(3)引起的晶格变形有利于t相稳定。但随着掺杂含量的增加,由于应力诱导的t-m相变被抑制和高温下稳定剂析出倾向增加,高温相稳定性和断裂韧性下降。热膨胀系数和热导率的变化则是由晶体结构的混乱程度和晶格膨胀导致的。16TYSZ具有良好的相稳定性、应力敏感性和热物理性能,是先进热障涂层材料的潜在候选材料。

关键词：热障涂层相稳定性断裂韧性热物理性能

碳基陶瓷隔热瓦表面高发射耐烧蚀抗氧化涂层的制备及性能

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稀有金属材料与工程 2020年第2期49卷 533-539页

作者：李奕臻朱时珍王辉马壮柳彦博北京理工大学冲击环境材料技术国家级重点实验室北京100081

本实验采用大气等离子喷涂技术在碳基陶瓷隔热瓦ZrB2-SiC-玻璃内涂层表面制备镍铬尖晶石高发射涂层以提高其抗氧化耐烧蚀性能。利用XRD和SEM对粉体和涂层的相结构和微观形貌进行分析,采用氧-乙炔火焰对涂层进行烧蚀试验。结果表明,在Cr2... 详细信息

本实验采用大气等离子喷涂技术在碳基陶瓷隔热瓦ZrB2-SiC-玻璃内涂层表面制备镍铬尖晶石高发射涂层以提高其抗氧化耐烧蚀性能。利用XRD和SEM对粉体和涂层的相结构和微观形貌进行分析,采用氧-乙炔火焰对涂层进行烧蚀试验。结果表明,在Cr2O3:NiO摩尔比为1:1.2,1200℃固相反应2h后,可以得到物相较纯的NiCr2O4尖晶石粉体;Cr2O3:NiO摩尔比不变,掺入质量分数15%TiO2、25%MnO2,1200℃固相反应2h可以得到复杂的混合尖晶石粉体。纯NiCr2O4涂层及掺杂NiCr2O4涂层的发射率在1~22μm波段分别达到0.955和0.954。喷涂后纯NiCr2O4发生了轻微的分解,发射率有所降低,而掺杂NiCr2O4相结构稳定,不易分解,发射率稳定。氧-乙炔火焰烧蚀考核结果表明,当火焰温度高于2000℃时,掺杂NiCr2O4涂层表面温度比纯NiCr2O4涂层降低了240℃,其红外辐射性能优于纯NiCr2O4涂层。掺杂NiCr2O4涂层能耐受大于2000℃/300 s烧蚀考核,具有良好的高发射耐烧蚀性能。

关键词：碳基陶瓷隔热瓦耐烧蚀高发射涂层等离子喷涂镍铬尖晶石

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等离子喷涂锆酸镝涂层抗热震性能(英文)

稀有金属材料与工程 2013年第6期42卷 1134-1138页

作者：曹玄马壮柳彦博杜仲郑康楠北京理工大学冲击环境材料技术重点实验室北京100081

通过北气等离子喷涂（APS）制备了一种基于锆酸镝（Dy2Zr2O7）的新型热障涂层,该涂层具有更低的热导率及与镍基高温合金更匹配的热膨胀系数。对涂层的结构、相组成以及抗热震性能进行了研究。此外,对涂层在热震循冲过程中的失效过程进... 详细信息

通过北气等离子喷涂（APS）制备了一种基于锆酸镝（Dy2Zr2O7）的新型热障涂层,该涂层具有更低的热导率及与镍基高温合金更匹配的热膨胀系数。对涂层的结构、相组成以及抗热震性能进行了研究。此外,对涂层在热震循冲过程中的失效过程进行了讨论。结果表明,在6~8次热震循冲后,涂层从基体表面脱落。陶瓷层中的微裂纹在热震过程中生长并导致粘结层界面附近的陶瓷层被压碎,从而最终导致陶瓷层的脱落。

关键词： Dy2Zr2O7 抗热震性能大气等离子喷涂(APS) 热障涂层

HPPS制备SiC陶瓷涂层组织特征及抗烧蚀性能

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稀有金属材料与工程 2019年第1期48卷 329-334页

作者：杨冬虎郭嘉仪柳彦博马壮刘玲北京理工大学北京100081

为了提高C/C基体材料在高温有氧环境中的抗烧蚀性能,尝试采用高能等离子喷涂工艺(high power plasmaspraying, HPPS)在C/C基体表面制备SiC涂层。在对SiC涂层制备工艺探索优化过程中共设计了3组HPPS喷涂参数,利用氧乙炔火焰对得到的涂层... 详细信息

为了提高C/C基体材料在高温有氧环境中的抗烧蚀性能,尝试采用高能等离子喷涂工艺(high power plasmaspraying, HPPS)在C/C基体表面制备SiC涂层。在对SiC涂层制备工艺探索优化过程中共设计了3组HPPS喷涂参数,利用氧乙炔火焰对得到的涂层试验进行抗烧蚀性能考核,考核温度为1500℃,时间为150和300 s。通过XRD、SEM和EDS等方法对烧蚀前后涂层样品的成分及组织进行了表征。结果表明:3组参数所制得SiC涂层的孔隙率分别是21.3%、17.4%和15.3%。孔隙率逐渐减小原因是在主气流量相对较高和辅气流量较低的条件下,SiC粉末与等离子射流场特征匹配较好,SiC粉末颗粒加热较为充分,达到更好的熔融状态,而且获得较大的动能,因此所得涂层沉积率逐渐升高而孔隙率逐步降低;在涂层制备过程中SiC颗粒均发生了一定程度的氧化,导致涂层中含有一定量的非晶态SiO_2;经过300 s高温烧蚀考核后,SiC涂层为C/C基体提供了有效的防护。由于烧蚀过程中存在温度梯度,导致涂层表面在烧蚀后呈现3种不同的烧蚀形貌,分别是中心致密区、过渡区和边缘疏松区。在烧蚀过程中,涂层中心区域表面形成的SiO_2玻璃层,有利于阻挡O_2的渗入,起到了抗氧化的作用。

关键词： SiC 涂层 HPPS C/C 抗烧蚀性能

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等离子喷涂ZrC涂层耐烧蚀性能与机理研究

稀有金属材料与工程 2015年第11期44卷 2782-2787页

作者：文波马壮柳彦博王富耻才鸿年北京理工大学冲击环境材料技术重点实验室北京100081

采用等离子喷涂工艺在C/SiC基体材料表面制备了较为致密的W粘结层和ZrC耐烧蚀涂层,利用氧乙炔火焰测试其抗烧蚀性能。结果表明:涂层具有良好的抗烧蚀性能。经烧蚀距离30 mm的氧乙炔烧蚀300 s后,涂层的质量烧蚀率为1.7×10^(-3)g·s^(-1)... 详细信息

采用等离子喷涂工艺在C/SiC基体材料表面制备了较为致密的W粘结层和ZrC耐烧蚀涂层,利用氧乙炔火焰测试其抗烧蚀性能。结果表明:涂层具有良好的抗烧蚀性能。经烧蚀距离30 mm的氧乙炔烧蚀300 s后,涂层的质量烧蚀率为1.7×10^(-3)g·s^(-1),仅为无涂层试样的68%;线烧蚀率为4.0×10^(-4)mm·s^(-1),仅为无涂层试样的30%。随着烧蚀距离的减小,涂层的质量烧蚀率不断增大,线烧蚀率不断减小。试样表面温度梯度导致涂层存在3种典型烧蚀形貌,中心致密区,过渡区以及边缘疏松区。温度较高的中心区氧化产物为WO_3,其发生熔融并填充涂层内部孔隙和裂纹,形成致密层,且与ZrO_2所产生的协同效应有效降低了机械剥蚀几率,烧蚀以热化学烧蚀为主;温度较低的边缘区烧蚀产物未发生熔融且呈现疏松状,烧蚀主要表现为热化学烧蚀和机械剥蚀。

关键词： C/SiC复合材料耐烧蚀等离子喷涂 ZrC

GYSZ-NiCr_(2)O_(4)复相陶瓷材料的高温稳定性及隔热能力研究

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稀有金属材料与工程 2023年第4期52卷 1432-1438页

作者：张琦马壮王森源刘玲柳彦博高祥王冬北京理工大学北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 西安北方庆华机电有限公司陕西西安710000 空装驻北京地区第二军事代表室北京100037

针对目前热障涂层光子导热较高的问题,设计了Gd掺杂YSZ-NiCr_(2)O_(4)复相陶瓷材料(GYSZ-NCO),并对其烧结参数、热稳定性及热导率进行了分析。结果表明,在烧结温度为1600℃时可获得四方相GYSZ材料,且GYSZ-NCO系列材料在1500℃下具有较... 详细信息

针对目前热障涂层光子导热较高的问题,设计了Gd掺杂YSZ-NiCr_(2)O_(4)复相陶瓷材料(GYSZ-NCO),并对其烧结参数、热稳定性及热导率进行了分析。结果表明,在烧结温度为1600℃时可获得四方相GYSZ材料,且GYSZ-NCO系列材料在1500℃下具有较高的热稳定性,保温300 h无相变发生,加入NiCr_(2)O_(4)后,GYSZ材料热导率在高温下无明显回升,表现出了优良的抗光子导热能力,GYSZ-5%NCO材料热导率最低,在1200℃时仅为2.23 W/(m·K)。

关键词：热障涂层光子导热高温稳定性

等离子喷涂纳米和微米Al_2O_3-TiO_2涂层摩擦磨损性能研究

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北京理工大学学报 2010年第7期30卷 878-882页

作者：卢林马壮王富耻柳彦博北京理工大学材料学院北京100081

采用大气等离子喷涂的方法制备了纳米和微米Al2O3-TiO2涂层,其中w(TiO2)=13%.分析了涂层组织形貌特征和结合强度等性能,研究了两种涂层在不同载荷下的摩擦磨损性能.结果表明,纳米Al2O3-TiO2涂层是由未熔或半熔纳米颗粒区域与完全熔融粒... 详细信息

采用大气等离子喷涂的方法制备了纳米和微米Al2O3-TiO2涂层,其中w(TiO2)=13%.分析了涂层组织形貌特征和结合强度等性能,研究了两种涂层在不同载荷下的摩擦磨损性能.结果表明,纳米Al2O3-TiO2涂层是由未熔或半熔纳米颗粒区域与完全熔融粒子铺展区域共同构成的,孔隙率低,显微硬度、结合强度均高于层状结构的微米涂层,且纳米涂层磨损量明显小于微米涂层.高载荷下磨屑均匀细化、圆整,形成微滚珠效应,纳米涂层稳态摩擦系数随载荷增大而下降,而微米涂层摩擦系数随载荷变化不明显.

关键词：等离子喷涂纳米Al2O3-TiO2涂层摩擦系数磨损量