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Dissertation for the Master Degree in Engineering

PREPARATION AND PROPERTIES OF SIC
HIGH TEMPERATURE CERAMICS
COATING

Candidate: Zhao Jianmin
Supervisor: Prof. Sui Shaohua
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Materials Processing Engineering
Affiliation: School of Materials Science and
Engineering
Date of Defence: June, 2010
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
本文采用氩弧熔覆工艺在石墨碳基体表面制备了SiC高温陶瓷涂层。研究了在
一定的熔覆工艺参数下,不同体系组分设计对制备涂层的影响,分析了涂层的界
面行为及机理。利用SEM、XRD、HV等对涂层的微观组织、物相及硬度等进行了
分析,并采用等离子火焰和箱式电阻炉对涂层的耐烧蚀、抗氧化性能进行了测试。
结果表明:氩弧熔覆工艺制备SiC高温陶瓷涂层是可行的,采用Si和SiC的混合粉末
均能制备与石墨基体结合良好的SiC涂层,并与前人所做的Si和C混合制备涂层进
行比较。在其它工艺参数相同,组分设计n(SiC):n(Si)=1:
备,涂层预覆层粉末与石墨基体发生完全化学反应,生成致密均匀的SiC组织。SEM
表明各涂层与基体之间具有良好冶金结合;XRD表明涂层中新形成了β-SiC。
提出了SiC涂层形成的β-SiC生长机理。涂层原料中的SiC做为升华源,在氩弧
高温作用下,升华为气态C-Si原子团。涂层原料中的Si粉在氩弧的作用下,呈液态,
在石墨基体上铺展、润湿,并扩散进入石墨基体,与基体中的C原子反应生成最易
成核β-SiC。而这部分新形成的SiC起到了籽晶的作用。升华为气态的C-Si原子团在
电弧的作用下,也进入到石墨基体,在β-SiC上实现外延生长。
涂层的引入提高了碳材料的耐烧蚀、抗氧化性能。组分设计n(SiC):n(Si)=1:
,约为石墨基体的1/2;组分设
计 n(SiC):n(Si)=1: 涂层在1400 ℃保温10h 的单位面积上质量变化率为
-3 2
7´10 mg/(mm )。SiC在烧蚀、氧化过程中的产物SiO2形成自愈合保护膜,提高碳
基体的耐烧蚀和抗氧化性能。
试样在等离子火焰烧蚀下是表面烧蚀和体积烧蚀的共同作用。提出了SiC涂层
的惰性氧化机理。在高温条件下,涂层表面形成了一层非常薄的、致密的、与基
体结合牢固的SiO2氧化膜,氧在其中的扩散系数非常小。因此,SiC涂层的氧化非
常缓慢。

关键词:SiC陶瓷涂层;氩弧熔敷;外延生长;耐烧蚀;惰性氧化
I
哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
SiC high Temperature Ceramics coatings were prepared on the surface of graphite
block by Argon-arc Cladding. The influence of position designs on
preparation of coating was studied under some technological parameters. Analyzed
interface behavior and mechanisms of coating. Microstructure, phase and hardness of
coating were analyzed by use of SEM, EDS, XRD and HV-test. Ablation resistance and
oxidation resistance of coating were tested by use of Plasma Flame and