在四月份的ACerS公告中，陶瓷作為下一代飛機(jī)的一部分進(jìn)入了天空。盡管一些文章專注于開發(fā)用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和“超級(jí)”渦輪機(jī)的陶瓷基復(fù)合材料（CMC），但其他文章則專注于使用陶瓷作為CMC上的環(huán)境屏障涂層，以增強(qiáng)抗燒蝕性和抗氧化性。
超高溫陶瓷是近來受到越來越多關(guān)注的另一個(gè)研究領(lǐng)域，也是本月解密主題專欄的重點(diǎn)。超高溫陶瓷（UHTC）是一類具有高熔化溫度和良好熱性能的耐火陶瓷，這使其成為抵抗高速飛機(jī)中的燒蝕和氧化的理想材料。
在UHTC中，碳化鋯（ZrC）特別有前途。 ZrC的熔點(diǎn)超過3,400°C，其密度低于其他耐火碳化物，并且在固態(tài)下不顯示相變。
盡管具有這些理想的性能，但仍需要改進(jìn)用ZrC涂覆復(fù)合材料的方法。正如最近一位開放的研究人員所解釋的那樣：“ ZrC的化學(xué)氣相沉積非常復(fù)雜，昂貴，耗時(shí)且對(duì)環(huán)境有害。另一種低成本的方法是化學(xué)氣相滲透...但是，其效率極低。”
開放研究人員來自韓國(guó)的兩個(gè)地方：春北國(guó)立大學(xué)高焓等離子體研究中心和大田國(guó)防科學(xué)研究院。在他們的研究中，他們觀察了真空等離子噴涂（VPS）的效果。
真空等離子噴涂的工作原理是將金屬或陶瓷粉末注入熱氣等離子體中以熔化粉末。然后將這些熔融液滴投射到基材上以形成涂層。在涂覆過程中，VPS噴漆房充滿惰性氣體并保持低壓，以確保不會(huì)發(fā)生氧化。
研究人員在論文中解釋說，他們選擇研究真空等離子熱噴涂作為化學(xué)氣相沉積和化學(xué)氣相滲透的潛在替代方法，因?yàn)?ldquo;等離子噴涂是經(jīng)濟(jì)的，并且很容易在工業(yè)規(guī)模上應(yīng)用。”此外，“ VPS涂層具有高純度，低孔隙率和高沉積速率，并且不會(huì)形成氧化物。”
真空等離子熱噴涂的等離子射流的速度和溫度與涂層的相變，厚度和孔隙率密切相關(guān)。因此，研究人員在近期研究中的目標(biāo)是研究放電電流（控制等離子體射流速度和溫度）如何影響碳/碳（C / C）復(fù)合材料上的ZrC涂層。
在用ZrC涂覆C/ C復(fù)合材料之前，研究人員在C/ C復(fù)合材料頂部制作了厚厚的碳化硅層，以減少ZrC和C/ C復(fù)合材料之間的熱膨脹系數(shù)差異。在VPS過程中，他們使用氬氣和氦氣作為等離子體形成氣體。
為了測(cè)試耐燒蝕性，研究人員將涂層和未涂層樣品置于金剛石噴槍產(chǎn)生的高壓火焰下30秒。燒蝕試驗(yàn)在露天進(jìn)行，涂層和未涂層樣品的最高表面溫度分別為2052℃和2275℃。
研究人員發(fā)現(xiàn)，沒有涂層的樣品減輕了0.95克的重量，而涂層樣品的重量和厚度分別增加了0.8克和113微米。他們將這一發(fā)現(xiàn)歸因于外表面的ZrC被氧化成了ZrO2。
仔細(xì)觀察，他們發(fā)現(xiàn)消融后的涂層樣品表面出現(xiàn)裂縫和毛孔，這可能是由于ZrO2在高溫期間經(jīng)歷了兩次相變，隨后在消融測(cè)試后進(jìn)行了冷卻。無論如何，“很明顯，涂層表面的ZrO2保護(hù)膜有效地防止了氧氣從ZrC擴(kuò)散到C/ C復(fù)合材料，”研究人員在論文中指出。
在他們的結(jié)論中，研究人員總結(jié)了VPS技術(shù)在涂層復(fù)合材料方面的有效性。“使用VPS的涂層工藝有效地保護(hù)了消融環(huán)境中的C/ C復(fù)合材料;此外，在ZrC涂層和基材之間未檢測(cè)到分離的涂層，表明它們之間具有良好的粘附性。
