【摘 要】
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玻璃陶瓷涂层本身具有很高的化学稳定性和高温稳定性,不存在晶界等短路扩散通道,对氧气有很强的阻隔作用。可用作难熔金属的高温防护涂层,但玻璃陶瓷基质在高温条件下粘度下降、发生软化,抗热冲刷性能较差。通过玻璃陶瓷与硼化物超高温陶瓷的复合,制备硼化物改性的玻璃陶瓷复合涂层,则可以兼顾涂层的高温抗氧化性能和抗高速气流冲刷性能。本研究通过分别添加TiB2和ZrB2陶瓷颗粒对SiO2-Al2O3-ZnO-CaO
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玻璃陶瓷涂层本身具有很高的化学稳定性和高温稳定性,不存在晶界等短路扩散通道,对氧气有很强的阻隔作用。可用作难熔金属的高温防护涂层,但玻璃陶瓷基质在高温条件下粘度下降、发生软化,抗热冲刷性能较差。通过玻璃陶瓷与硼化物超高温陶瓷的复合,制备硼化物改性的玻璃陶瓷复合涂层,则可以兼顾涂层的高温抗氧化性能和抗高速气流冲刷性能。本研究通过分别添加TiB2和ZrB2陶瓷颗粒对SiO2-Al2O3-ZnO-CaO-ZrO2-TiO2玻璃进行改性,并采用无压烧结方法,制备了新型的硼化物-玻璃陶瓷基复合涂层材料,测试了它们的恒温抗氧化性能,通过测定氧化物厚度与氧化时间的对应关系得到复合陶瓷块体的氧化动力学曲线。G90T在1200℃的恒温氧化实验结果表明,该复合材料在1200℃的氧化规律符合抛物线-直线规律;在氧化初期,氧化生成的硼硅玻璃层有效阻挡了氧向氧化膜/陶瓷基体界面的扩展,然而,当氧化时间延长至30h,氧化层表面出现了大量的网状裂纹,为空气中的氧提供了大量的快速扩散通道,导致复合材料的氧化速率显著增加。分别测试了 G90Z在1000℃、1200℃和1400℃的恒温抗氧化性能以及G70Z在1200℃和1400℃的恒温抗氧化性能,在相同恒温氧化实验的条件下,两种ZrB2改性的玻璃陶瓷复合材料的恒温抗氧化性能远优于G90T。ZrB2颗粒改性玻璃陶瓷复合材料的氧化层为多层结构,主要由硼硅玻璃、ZrO2以及ZrSiO4组成,各层的形成机制与玻璃成分、氧化温度以及氧化时间有关;G90Z在1000℃的氧化复合抛物线规律,而在1200℃和1400℃的氧化符合抛物线-直线规律,G70Z在1200℃和1400℃的氧化规律均为抛物线-直线规律;在1200℃,G70Z的氧化防护性能优于G90Z,而在1400℃,G90Z的氧化防护性能优于G70Z,两种复合涂层材料的氧化速率均随着氧化温度的升高而增加。在明确硼化物-玻璃陶瓷复合涂层高温氧化行为的基础上,本研究采用料浆法在TC4钛合金表面制备了 30wt.%ZrB2改性的玻璃陶瓷复合涂层,研究了复合涂层在900℃恒温条件下的高温防护性能。研究结果表明,ZrB2改性的玻璃陶瓷复合涂层的氧化速率远低于TC4钛合金,且其氧化动力学曲线符合抛物线规律,展现出了良好的高温防护性能。
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