等離子-物理氣相沉積硅/莫來石/硅酸鐿環境障涂層的高溫防護和耐熱沖擊性能研究*

王 博，劉 洋，彭 新，袁福河，程玉賢

（1.北京航空航天大學，北京100191；2.中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司，沈陽110043；3.魯迅美術學院，沈陽110004；4.空裝駐沈陽地區第二軍事代表室，沈陽110042）

在發動機工作環境下，高溫高速燃氣沖刷以及復雜應力環境等多因素交互作用，導致發動機熱端部件的SiCf/SiC復合材料表面完整性遭受破壞，成為制約其應用于航空發動機熱端部件的主要因素之一[1-5]。為了阻止或減小發動機環境對SiCf/SiC復合材料性能的影響，通常在零部件表面涂敷環境障涂層（Environmental barrier coating，EBC）。該涂層可以在發動機部件材料和惡劣的服役環境之間發揮屏障作用，成為SiCf/SiC復合材料應用于高推重比航空發動機熱端部件的關鍵技術之一[6-9]。

本研究設計的涂層體系包含硅、莫來石、硅酸鐿3層。莫來石是指以3Al2O3·2SiO2結晶相為主要成分的耐火原料，硅酸鐿是指Yb2SiO5和Yb2Si2O7的混合物，其中硅層和莫來石層由等離子噴涂（APS）工藝制備，硅酸鐿層采用等離子物理氣相沉積（PS-PVD）工藝制備。硅作為黏結層具有良好的抗氧化性能和較長的熱循環壽命，能緩解難熔氧化物、硅酸鹽EBC涂層與SiCf/SiC基體材料之間的界面匹配應力。硅酸鐿面層的優點是在水蒸氣環境中的穩定性好、熔點高，具有良好的抗水蒸氣腐蝕性能及較低的揮發性，莫來石中間層與基體中的SiC陶瓷熱膨脹系數和化學相容性良好[10-13]。

在制定EBC涂層體系和噴涂工藝研制工作基礎上，對涂層的微觀組織、相結構以及抗氧化、燃氣熱沖擊和水汽腐蝕等性能進行了研究?！?br>