Facile preparation of a SiC@SiO 2 nanowire-toughened ZrB 2–SiC/SiC bilayer coating with good interfacial bonding, high toughness, and excellent cyclic ablation resistance on C/CA composites

材料科学 复合材料 涂层 韧性 陶瓷 双层 断裂韧性 图层(电子) 纳米线 纳米技术 遗传学 生物
作者
Meng Yan,Chenglong Hu,Jian Li,Shengyang Pang,Bohui Sun,Rida Zhao,Bin Liang,Rui Luo,Sufang Tang
出处
期刊:Journal of Advanced Ceramics [Springer Nature]
卷期号:13 (4): 486-495 被引量:3
标识
DOI:10.26599/jac.2024.9220871
摘要

Preparing antioxidant coatings to address the inherent oxidation sensitivity of carbon fiber reinforced carbon aerogel (C/CA) composites is a feasible way to promote their application in oxidizing environments as thermal insulation materials. However, preparing the coatings with excellent oxidation and ablation resistance while avoiding evident damage to the C/CA substrate still remains a challenge. Here, a SiC@SiO2 nanowire-toughened ZrB2-SiC/SiC bilayer coating with large thickness of 500 μm was prepared on C/CA using a one-step low-temperature reaction-sintering method by the simultaneous formation of a sintered outer layer with even-distributed nanowires and a siliconized gradient inner layer. By courtesy of the synergic thermal response of the layers and the crack deflection induced by the nanowires, the resulting coating has moderate residual compressive stress of 0.08–1.22 GPa in the interface, high interfacial bonding strength of 6.02 MPa, and good fracture toughness of 4.36 MPa·m1/2. Benefited from the optimum components and improved structure, the coating shows excellent cyclic ablation resistance with linear ablation rates of 0.1 μm/s at 1650 °C for 1500 s and 5 cycles and 0.4 μm/s at 1850 °C for 900 s and 3 cycles. The one-step preparation strategy contributes to little damage to the substrate, thus showing the well-preserved mechanical and thermal insulation properties.
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