碳化硅電熱元件涂層的制備及性能研究.pdf

1、SiC電熱元件優(yōu)異的抗氧化性緣于氧化中形成的致密SiO2膜的低氧擴散系數(shù)和熱膨脹系數(shù)對SiC的保護作用，但在加熱和冷卻過程中的相變體積效應(yīng)易使SiO2膜開裂，造成SiC氧化加劇。提高SiC高溫下的使用壽命和抗氧化能力最為有效的措施之一是在碳化硅電熱元件表面涂覆抗氧化涂層。本文采用料漿法涂覆工藝，通過調(diào)整涂層原料及組成比例，在碳化硅電熱元件上制備了以莫來石為主的多組復(fù)合涂層。 本文主要基于對涂層原料組分的熱膨脹系數(shù)、相變體積效應(yīng)、

2、高溫氧擴散速率及高溫下與基體間化學(xué)穩(wěn)定性的分析研究和對比實驗，篩選出了抗氧化性能優(yōu)異的莫來石/SiC/Al2O3/Si復(fù)合涂層。以循環(huán)熱沖擊和氧化增重的方法評價涂層抗氧化性能。同時研究了涂層制備過程中不同工藝條件對涂層性能的影響，并通過觀察未涂覆涂層及涂覆復(fù)合涂層的基體在循環(huán)熱沖擊后的涂層形貌和基體的氧化增重情況，研究了復(fù)合涂層的形成機理和抗氧化性能。 由熱力學(xué)分析得出：在加熱到一定溫度條件下，涂層的氧化主要以Si(s)+O2(

3、g)=SiO2(s)，SiC(s)+2O2(g)=SiO2(s)+CO2(g)的化學(xué)反應(yīng)形式完成，它們氧化后的最終產(chǎn)物為SiO2。在1200～1400℃的氧化環(huán)境下，用涂層處理過的電熱元件氧化增重率較無涂層的小。 本實驗的最佳配方的重量百分比和工藝為：50％莫來石+20％Si+20％SiC+10％Al2O3，1400℃保溫4小時后用正硅酸四乙酯進行封閉處理。封閉處理涂層的抗氧化效果為：1400℃空氣中氧化60h，氧化增重僅為0.