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改善硅碳棒晶须的抗氧化性能

    随着硅碳棒涂层在电子、计算机等高技术领域中应用的急剧增长,溶胶一凝胶法制备的先进陶瓷硅碳棒涂层以每年约15%的平均速度增长。2000年全球的产值达到43亿美元,已成为全球陶瓷市场成长最快的产业分支。溶胶一凝胶制备陶瓷硅碳棒涂层的主要工艺是:先制得所要的氧化物硅碳棒涂层体系的溶胶体,即把分散相放入胶体中,在一定条件下形成均匀透明的溶胶,然后将溶胶通过不同的涂覆工艺涂覆于硅碳棒基体材料表面,干燥使溶胶形成凝胶,通过热处理使硅碳棒涂层致密化,得所期硅碳棒涂层。
    等用此方法在硅碳棒晶须表面分别制得了A1203, Si02、莫来石硅碳棒涂层。对它们进行抗氧化实验,实验结果显示,三种氧化物硅碳棒涂层均能改善硅碳棒晶须的抗氧化性能。该方法同样具有工艺简单,成本相对较低的优点,可以精确的控制化合物硅碳棒涂层的组分,同时硅碳棒涂层容易对材料内孔和几何形状不均匀的材料外表面进行均匀的涂覆,而且溶胶一凝胶法制备的硅碳棒涂层表面平整,烧结温度低。但是,溶胶一凝胶中组分的固相体积含量低,制备的硅碳棒涂层干燥应力大,裂纹倾向严重,干凝胶易开裂,硅碳棒涂层一次浸渍的有效厚度薄,难于制备较厚的硅碳棒涂层。此外,溶胶的稳定条件较为严格,在溶胶胶凝过程中易形成大量的微气孔,硅碳棒涂层的力学性能不高。有些研究者认为,它可能只适用于小尺寸硅碳棒材料(如晶须)。另外,制得的氧化物硅碳棒涂层的结构和性能有待进一步研究。如制得的莫来石硅碳棒涂层,其A1/Si比不是固定的,而是梯度变化的。
    等离子喷涂法是将硅碳棒涂层材料送至等离子焰流中边熔化边在高速高压气流作用下喷射到硅碳棒材料表面,冷却形成硅碳棒涂层。等离子焰流温度可达20000 ℃,能熔化任何材料,所以特别适合制备高熔点氧化物硅碳棒涂层,且可以制备任意厚度的硅碳棒涂层。此方法工艺性好,对基体材料伤害小,可实现工业化生产,但所制硅碳棒涂层含有5巧%的孔隙率,虽然尝试了一些封孔处理的方法,但效果并不理想,并且喷硅碳棒涂层与基体的结合主要依靠硅碳棒涂层与基体的镶嵌铆合的机械力,而不是像其它方法一样通过化学键结合。设备也昂贵,难以制备形状复杂的基体的硅碳棒涂层。传统的等离子喷涂硅碳棒涂层由于加热时非晶相再结晶产生体积收缩,也将引起热震过程中硅碳棒涂层萌发裂纹及剥落。因此,该工艺对基体表面的状态具有特殊的要求:表面粗糙、干净、活性高。此外,等离子喷涂对工艺参数要求较为严格,工艺装备复杂,热利用率低,喷涂的硅碳棒涂层含有不同程度的孔隙和夹杂物,以及掺杂玻璃态物质、硅碳棒涂层原料无法进入基体孔洞内部等不利因素。www.sdzygw.com

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