重结晶碳化硅表面MoSi2-Si3N4抗氧化涂层的制备和性能

doi:10.11901/1005.3093.2016.282

材料研究学报

2017, Vol. 31

Issue (5): 329-335 DOI: 10.11901/1005.3093.2016.282

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重结晶碳化硅表面MoSi₂-Si₃N₄抗氧化涂层的制备和性能

牛芳旭^1,², 王延相^1,²(

), 刘群², Imran Abbas², 王成国^1,²

1 山东大学材料科学与工程学院材料液固结构演变与加工教育部重点实验室济南 250061
2 山东大学材料科学与工程学院碳纤维工程技术研究中心济南 250061

Preparation and Properties of MoSi₂-Si₃N₄ Anti-oxidation Coating for Recrystallized Silicon Carbide

Fangxu NIU^1,², Yanxiang WANG^1,²(

), Qun LIU², Abbas Imran², Chengguo WANG^1,²

1 Key Laboratory for Liquid-Solid Structural Evolution and Processing of Materials(Ministry of Education), Shandong University, Jinan 250061, China
2 Carbon Fiber Engineering Research Center, School of Material Science and Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China

引用本文:

牛芳旭, 王延相, 刘群, Imran Abbas, 王成国. 重结晶碳化硅表面MoSi₂-Si₃N₄抗氧化涂层的制备和性能[J]. 材料研究学报, 2017, 31(5): 329-335.
Fangxu NIU, Yanxiang WANG, Qun LIU, Abbas Imran, Chengguo WANG. Preparation and Properties of MoSi₂-Si₃N₄ Anti-oxidation Coating for Recrystallized Silicon Carbide[J]. Chinese Journal of Materials Research, 2017, 31(5): 329-335.

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摘要:

用浆料涂敷法在孔隙率较高的重结晶碳化硅电热元件表面制备MoSi₂-Si₃N₄抗氧化涂层, 分析了氧化前后涂层的形貌和物相组成,研究了涂层的抗氧化性。结果表明,用该法制备的涂层表面平整,结构致密。浆料在形成涂层的同时填充了大尺寸的开气孔,提高了基体的致密性,因此提高了基体的抗氧化性能。将试样在1500℃氧化性气氛中氧化100 h后,无涂层试样的电阻率增大了84.6%,而MoSi₂-Si₃N₄涂层试样的电阻率只增大10.2%。涂层处理后的电热元件,其抗氧化性显著提高。MoSi₂-Si₃N₄复合涂层的抗氧化性能,明显优于单一的MoSi₂涂层。

关键词 ：无机非金属材料, 抗氧化涂层, 重结晶碳化硅, 电热元件, MoSi₂-Si₃N₄

Abstract：

A MoSi₂-Si₃N₄ anti-oxidation coating was prepared on the surface of recrystallized silicon carbide heating elements by a simple and low-cost slurry method. Oxidation test of the coating was conducted in oxidizing atmosphere at 1500℃ for 100 h. Results show that the coating is dense and smooth without penetrating pores or micro-cracks. During the course of coating forming, the slurry filled the open pores of large size on the surface of the heating element, thus increasing its density and improving its oxidation resistance. After oxidation test the electrical resistivity of uncoated heating element increases 84.6%, while the coated one increases only 10.2%. The oxidation resistance of heating element was significantly improved with the applied coating. Results of comparative experiments show that the oxidation resistance of MoSi₂-Si₃N₄ muti-phase coating is better than that of the single MoSi₂ coating.

Key words： inorganic non-metallic materials anti-oxidation coating recrystallized silicon carbide heating elements MoSi₂-Si₃N₄

收稿日期: 2016-05-24

基金资助:国家自然科学基金(51573087),山东省自然科学基金(ZR2014EZ001, ZR2011EMM002)

作者简介:

作者简介牛芳旭,女,1991年生,博士生

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图1 H-PSO交联体和交联体不同温度烧结产物的红外图谱以及交联体在不同温度烧结产物的XRD图谱

图2 无涂层试样、MoSi2-Si3N4涂层、MoSi2-Si3N4涂层处理后试样断面形貌、MoSi2-Si3N4涂层处理后试样断面元素线扫描、涂层表面EDS谱以及 MoSi2-Si3N4涂层处理后试样的XRD图谱

图3 涂层的形成过程示意图

图4 无涂层和涂层处理样品在1500℃恒温氧化后的电阻率与时间的关系

图5 MoSi2-Si3N4涂层硅碳棒和MoSi2涂层硅碳棒在1500℃氧化后的表面形貌

图6 MoSi2-Si3N4涂层硅碳棒在1500℃氧化后的XRD图谱

图7 MoSi2-Si3N4涂层硅碳棒和MoSi2涂层硅碳棒在700℃氧化后的表面形貌

图8 MoSi2-Si3N4涂层硅碳棒和 MoSi2涂层硅碳棒在700℃氧化后的XRD图谱

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