CVD-SiC阵列结构对ZrB2/SiC涂层抗烧蚀性影响

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28842

材料工程与机械制造

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CVD-SiC阵列结构对ZrB₂/SiC涂层抗烧蚀性影响

高志廷¹^,², 马壮¹^,², 柳彦博¹^,²()

^1.北京理工大学材料科学与工程学院，北京 100081
^2.北京理工大学重庆创新中心，重庆 401120

收稿日期:2023-04-10 修回日期:2023-05-16 接受日期:2023-06-26 出版日期:2024-02-15 发布日期:2023-07-11
通讯作者: 柳彦博 E-mail:boobbyy@163.com
基金资助:
国家重点研发计划(2022YFE0121200);国家自然科学基金(51772027)

Effect of CVD-SiC array structure on ablation resistance of ZrB₂/SiC coatings

Zhiting GAO¹^,², Zhuang MA¹^,², Yanbo LIU¹^,²()

^1.School of Materials Science and Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China
^2.Chongqing Innovation Center，Beijing Institute of Technology，Chongqing 401120，China

Received:2023-04-10 Revised:2023-05-16 Accepted:2023-06-26 Online:2024-02-15 Published:2023-07-11
Contact: Yanbo LIU E-mail:boobbyy@163.com
Supported by:
National Key Research and Development Program(2022YFE0121200);National Natural Science Foundation of China(51772027)

摘要/Abstract

摘要：

采用飞秒激光在化学气相沉积（CVD）-SiC中间层表面制备不同尺寸的阵列，研究了阵列结构对ZrB₂/SiC涂层性能的影响。结果表明，随着激光刻蚀频次的增大，阵列结构的深度从30 µm增大到150 µm。采用氧乙炔烧蚀600 s，ZrB₂/SiC涂层烧蚀表面温度随CVD-SiC微结构深度增大而逐步降低，最低的表面温度达到1 700 °C，下降了约200 ℃。烧蚀中心区域的颜色从白色过渡到浅灰色。对于激光刻蚀频次为5的试样，在600 s的单次烧蚀后，质量烧蚀率和线性烧蚀率分别为-7.4 × 10^-5 g/s和-13.3 µm/s。阵列结构增大了ZrB₂/SiC涂层与CVD-SiC中间层的接触面积，从而增强了导热性能，减少了热积聚，进而改善了ZrB₂/SiC涂层的抗烧蚀性能。

关键词: 阵列结构, 烧蚀, 等离子喷涂, C/C复合材料, CVD-SiC, 激光刻蚀

Abstract:

Influence of array structure on the performance of ZrB₂/SiC coatings was studied by using femtosecond laser to prepare arrays with different sizes on the surface of the Chemical Vapor Deposition （CVD）-SiC interlayer. Results showed that with the increase of laser etching frequency， the depth of the array structure increased from 30 μm to 150 μm. After 600 s of oxyacetylene combustion， the surface temperature of the ZrB₂/SiC coating decreased gradually with the increase of CVD-SiC microstructure depth， and the lowest surface temperature reached 1 700 ℃， which decreased by nearly 200 ℃. The color of the combustion center area transitioned from white to light gray. For the samples with an etching frequency of 5 times， after a single cycle of 600 s， the mass combustion rate and linear combustion rate were -7.4 × 10^-5 g/s and -13.3 μm/s respectively. The array structure increased the contact area between the ZrB₂/SiC coating and the CVD-SiC interlayer， thereby increasing the thermal conductivity， reducing heat accumulation， and ultimately enhancing the anti-combustion performance of the ZrB₂/SiC coating.

Key words: array structure, ablation, plasma spraying, C/C composite materials, CVD-SiC, laser etching

中图分类号:

V259

高志廷, 马壮, 柳彦博. CVD-SiC阵列结构对ZrB₂/SiC涂层抗烧蚀性影响[J]. 航空学报, 2024, 45(3): 428842-428842.

Zhiting GAO, Zhuang MA, Yanbo LIU. Effect of CVD-SiC array structure on ablation resistance of ZrB₂/SiC coatings[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(3): 428842-428842.

图/表 23

图 1

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表1

表2

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参考文献 26

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序号	扫描速度/（mm·s^-1）	扫描间距/µm	刻蚀频次/h
1	300	150	1
2	300	150	5
3	300	150	10
4	300	150	15

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