SiC陶瓷基复合材料(CMC)密度低、高温力学性能优异、疲劳极限高、可设计性强,是新一代大推力和高推重比航空发动机热端部件优选材料,但在苛刻服役环境下(³1300 ℃)高温抗氧化、耐水氧腐蚀及可磨耗封严性差,已成为SiC
f/SiC CMC用于航空发动机热端部件的瓶颈难题。基于此,本文提出Si-HfO
2/Yb
2SiO
5-Yb
2Si
2O
7/BN@氧化钇稳定氧化铪(8YSH(wt.%))多层涂层结构设计思路,含Si粘结层中引入40HfO
2和30HfO
2 (wt.%)可提升粘结层的服役温度,降低氧化环境中热生长氧化物(TGO)的厚度,其中60Si-40HfO
2粘结层中HfO
2分布均匀且不形成利于氧扩散的网状HfO
2通道,在1300 ℃热氧化100 h的TGO厚度仅为3.1 μm;在60Si-40HfO
2粘结层上设计制备应力梯度匹配的多层EBC:75Yb
2Si
2O
7-25Yb
2SiO
5 为底层,50Yb
2Si
2O
7-50Yb
2SiO
5为CTE匹配中间层,25Yb
2Si
2O
7-75Yb
2SiO
5为顶层。梯度多层EBC具有优异的耐蚀性与热循环稳定性,在1300 ℃水氧环境中暴露100 h后TGO厚度较小(18.5 μm),腐蚀增重最低(~51 mg),涂层表面未出现开裂或剥落,表现出优异的综合性能。进而在Si-HfO
2/Yb
2SiO
5-Yb
2Si
2O
7层表面设计制备出BN@氧化物可磨耗封严层,该涂层在1200 ℃往复摩擦的
IQR和
IDR低至-79%和-67%;
在1300 ℃空气急冷热震80次后仍与基体结合良好,无起皮、剥落现象;在高温(1300 ℃) 90%H2O-10%O2 (g)环境腐蚀100 h后TGO层厚度仅为12.3 μm,且多层涂层与基体结合良好,显示出优异的可磨耗、抗热震及耐水氧腐蚀性能。
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