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原文DOI：10.15541/jim20240287
引用本文：
HOU J Q, CHEN R C, ZENG Y Y, et al. Thermal Shock and Ablation Resistance of SiC Coating Repaired by Gaseous Silicon Infiltration. J. Inorg. Mater., DOI: 10.15541/jim20240287.
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采用一种简单经济的气相渗硅法对多孔SiC涂层中的缺陷进行修复，对比研究了修复前后涂层的抗热震及烧蚀性能。结果表明，与修复前的多孔SiC涂层相比，修复后的涂层在室温至1773 K热震15次后，涂层与基体之间结合良好，质量损失率降低了97.05%。在氧乙炔火焰下烧蚀30 s后，修复后的涂层与修复前相比，质量损失率和厚度损失率分别降低97.02%和67.99%。抗热震和烧蚀性能的提高可以归因于修复后涂层致密度提高，缺陷减少，并且渗硅过程引入的单质Si在高温下更容易氧化生成SiO2，能够有效愈合缺陷和阻挡氧气渗透，从而避免了基体的氧化损伤。
研究背景
涂层的完整和致密性对整个涂层的性能存在直接影响。若涂层存在缺陷和损伤就对其进行报废处理或重新制备，会导致更长的制备周期及原材料的浪费，特别是当制件较大、价格昂贵时，会极大增加制备时间和成本。而解决该问题的一种经济、有效的方法是对涂层进行修复从而使其恢复防护能力。
本文亮点
采用一种简单经济的气相渗硅法对涂层进行修复，有效提高了涂层的致密性及其高温防护性能。
图文导读
多孔SiC涂层(P-S)试样的失重率随着热震次数的增加迅速增大，经过15次热震后，其失重率达到56.097%。与P-S涂层试样相比，修复后的涂层(G-S)试样的失重率基本不变，15次热震后其失重率仅为1.655%，具有良好的抗热震性能。由于P-S涂层表面孔洞较多，氧气通过孔洞扩散进入基体，导致基体被严重氧化，使得其与涂层之间形成较宽裂缝，且降低了涂层与基体的结合强度。G-S涂层试样热震后整体完整，表面被SiO2玻璃相所包覆。由于G-S涂层的致密特征，C/C基体结构完整，并且涂层与基体之间结合良好，表明G-S涂层具有较好的抗热震性能。
涂层的抗热震行为示意图
烧蚀过程中由于两种涂层的烧蚀温度均超过SiO2的熔点，并且还存在氧乙炔火焰的机械剥蚀作用，导致SiC氧化产生的熔融态SiO2在烧蚀过程中部分被冲刷脱离涂层，使得两种涂层厚度均有降低。对于P-S涂层试样，烧蚀过程中涂层自身的缺陷以及SiO2损耗导致的孔洞会为氧气进入涂层提供渗透通道，造成基体的氧化并使基材/涂层界面退化，结合强度下降。在火焰的机械剥蚀作用下，表面氧化层被剥落，失去防护能力，从而造成内部碳纤维被氧化。对于G-S涂层试样由于涂层自身缺陷较少，且Si在烧蚀过程中能够迅速氧化生成更多的SiO2，可以起到愈合缺陷，抑制氧气渗透的作用，不会对基体造成损伤，涂层与基体之间还具有良好的结合强度。虽然部分SiO2损耗，但仍有一部分覆盖在基体表面，保护基体抵抗火焰的侵蚀。
涂层的抗烧蚀行为示意图
总结与展望
本研究提出的涂层修复策略，可以有效提高涂层的高温防护性能，具有较好的经济性和可行性，为涂层的缺陷、损伤修复及其稳定服役提供了新的途径。
同行评议
1. 抗氧化涂层是碳、陶瓷基复合材料及其样件制备的最后一道工序，其质量关系到产品的最终交付。涂层出现质量问题后进行修复，不仅可以节省涂层制备的相关耗费，还可以挽回构件的生产耗费，对于实际应用具有重要意义。作者从包埋渗硅涂层表面疏松结构修复这一方面入手，采用气相蒸Si的方法对其进行修复，显著提升了涂层的性能。
2. 研究采用气相渗硅法对一次包埋法制备的多孔SiC涂层中的缺陷进行修复，并研究了修复前后涂层的抗热震和烧蚀性能。本工作提出的涂层修复方法，具有较好的可行性，为涂层的缺陷、损伤修复及其稳定服役提供了新的思路。
作者简介
通讯作者：张佳平，西北工业大学材料学院特任研究员/博士生导师，主要从事高温热结构复合材料与防氧化抗烧蚀涂层研究，主持国家自然科学基金(面上、青年)、科技部重点研发计划子课题等项目，入选陕西省高层次青年人才计划，获陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖特等奖（排名3）。
第一作者：侯佳琪，女，西北工业大学博士研究生，主要研究方向为高温防氧化抗烧蚀材料。
期刊介绍
《无机材料学报》创刊于 1986 年，主要报道包括结构陶瓷材料、信息功能材料、能源与环境材料、生物材料等方面的最新研究成果 , 设有综述、研究论文和研究快报(英文)版块，目前已被SCI-E、EI、Scopus、CA、CSTPCD、CSCD、CNKI、CJCR等数据库收录，入选 “高质量科技期刊分级目录——材料科学-综合类”T1区和“无机非金属领域高质量科技期刊分级目录” T1区期刊。
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