C/C复合材料高熵氧化物涂层抗烧蚀性能

作者：郭凌翔; 唐颖; 黄世伟; 肖博澜; 夏东浩; 孙佳^*

来源：无机材料学报, 2023, 1-13.

• 高熵陶瓷
• 过渡金属氧化物
• 热喷涂
• 热防护涂层
• 抗烧蚀
• C/C复合材料

随着新一代高超声速飞行器热端部件服役温度的不断提高，对表面防护涂层的相稳定性和抗烧蚀性能提出更高的要求。本工作针对传统过渡金属氧化物ZrO2、HfO2涂层开展高熵化设计，采用高温固相反应结合超音速大气等离子喷涂制备出(Hf0.125Zr0.125Sm0.25Er0.25Y0.25)O2-δ(M1R3O)、(Hf0.2Zr0.2Sm0.2Er0.2Y0.2)O2-δ(M2R3O)、(Hf0.25Zr0.25Sm0.167Er0.167Y0.167)O2-δ(M3R3O)三种高熵氧化物涂层，探究稀土组元含量对高熵氧化物涂层的相结构演变规律、相稳定性以及抗烧蚀性能的影响。M2R3O涂层和M3R3O涂层呈现出优异的相稳定性和抗烧蚀性能，涂层经热流密度2.38～2.40 MW/m2的氧-乙炔焰烧蚀后仍保持物相结构稳定，未发生固溶体分解以及稀土组元析出。其中M2R3O涂层循环烧蚀180 s后的质量烧蚀率与线烧蚀率分别为0.01 mg/s和-1.16 μm/s，相比M1R3O涂层(0.09 mg/s、-1.34 μm/s)以及M3R3O涂层的(0.02 mg/s、-4.51 μm/s)分别降低了88.9%、13.4%以及50.0%、74.3%，表现出最优异的抗烧蚀性能。M2R3O涂层优异的抗烧蚀性能归因于其兼具较高的熔点(＞2200 ℃)和较低的热导率((1.07±0.09) W/(m·K))，使其有效防护内部的SiC过渡层以及C/C复合材料免受氧化损伤，避免了界面SiO2相形成所导致的界面开裂。

• 单位
  西北工业大学