MoSi2 基复合硅化物涂层

代表体系:MoSi2-TaSi2、Si-Mo-Zr、Si-Mo-Ti 等多层或梯度涂层

工作温度:1700–1775 ℃

抗氧化寿命:静态空气中 4–25 h,热震(1650 ℃?室温)≥600 次

机理:高温下表面生成高熔点 SiO2-MoO3-Ta2O5 复合玻璃,可自愈合微裂纹;层间形成 ZrSiO?、TiSi? 等阻氧相,显著降低氧扩散速率

应用:Nb-Si 基合金、Ta-W 热端叶片、火箭喷管内壁

C/(SiC-ZrC)多层超高温陶瓷(UHTC)涂层

结构:SiC 内层(耗氧)+ ZrC 外层(高熔点 3530 ℃)+ 中间交替裂纹偏转层

工作温度:1600–1800 ℃

抗氧化寿命:1800 ℃ 静态烧蚀 9 h 以上;1500 ℃室温循环 >150 次

机理:ZrC 氧化生成高稳定性 ZrO?骨架,SiC 提供自愈合玻璃相;多层界面偏转裂纹,抑制剥落

应用:C/C 复合材料喉衬、高超声速飞行器前缘

Ir(铱)基贵金属涂层

体系:Ta-W 合金表面电弧离子镀 Ir 层(10–30 μm)

工作温度:800–1900 ℃

抗氧化寿命:1900 ℃ 静态空气 ≥10 h;1800 ℃ 热震 ≥1000 次

机理:Ir 熔点 2446 ℃,高温下生成挥发性极低的 IrO?,氧渗透率极低;与 Ta-W 基体热膨胀匹配良好

缺点:成本极高,仅用于卫星姿控发动机喷注器、特种热电偶护套

石墨模具，1700度石墨抗氧化 使用什么涂层？

在空气中真正“长期 1700 ℃ 可用”的石墨模具抗氧化涂层目前只有两类成熟体系:

双层 CVD 沉积碳(内层多孔-外层致密),空气中 1700 ℃ 寿命 30-40 天;

ZrB2-SiC 或 HfB2-SiC 超高温陶瓷复合涂层,空气中 1700 ℃ 寿命 80-120 h,短时可达 1800 ℃。

其余常用 SiC、MoSi2、氧化物等涂层在 ≥1700 ℃ 空气中均因快速挥发或熔融失效,仅能作为 1400-1600 ℃ 级方案。

1、双层 CVD 沉积碳(梯度结构)

工艺:950-1000 ℃ 丙烯→多孔内层 5-15 μm;1020-1050 ℃ 甲烷-丙烷→致密外层 15-35 μm;总厚 20-50 μm。

性能:空气中 1700 ℃ 静态抗氧化 30-40 天(未涂层石墨仅 3-5 天);2200 ℃ 真空/低氧分压下 60-70 天;结合强度 >18 MPa;热震 1650 ℃?室温水淬 ≥20 次无剥落。

优势:纯碳系,与石墨热膨胀完全匹配,不污染金属液;成本约为 SiC CVD 的 60 %。

局限:>1750 ℃ 空气中 SiO 挥发加速,致密外层逐渐减薄,需定期重涂;不适合高湿富氧环境。

来源:

2、ZrB2-SiC(或 HfB2-SiC)超高温陶瓷复合涂层

典型工艺:包埋法或 CVD 先沉积 50-80 μm SiC 过渡层,再磁控溅射/浆料烧结 30-50 μm ZrB?-SiC 外层;表层 ZrB? 体积分数 60-70 %。

性能:空气中 1700 ℃ 连续抗氧化 80-120 h,氧化增重 <2 mg·cm?2;1800 ℃ 短时 10 h 无剥落;热震 1700 ℃?风冷 100 次保持完整。氧化后表面形成 ZrO2-SiO2 复相玻璃,氧渗透系数比纯 SiO2 膜下降 2 个数量级。

优势:服役温度上限 1800-1850 ℃;自愈合玻璃相可封闭微裂纹;对金属液润湿角大,抗熔渣侵蚀。

局限:工艺链长、成本高(≈ 沉积碳的 3-4 倍);与石墨基体膨胀差需靠 SiC 过渡层缓解,过渡层一旦开裂会加速失效。