等离子喷涂纯 Si 与 Si–15 mol% HfO₂ 粘结层在 1623 K 干氧与水蒸气环境中的微观组织演化与失效机制
Microstructural Evolution and Failure Mechanisms of Plasma-Sprayed Pure Si and Si–15 mol% HfO2 Bond Coatings in Dry-Oxygen and Water-Vapor Environments at 1623 K
APS Si-HfO2粘结层：HfSiO4屏障厚度保留90%
AI理解
要点 APS Si/Si-15mol%HfO₂粘结层（SiC基体，1623K）：HfO₂原位生成HfSiO₄双层屏障，水蒸气200h厚度保留~90%（Si仅~70%）；干氧中TGO致密无裂纹。
能不能用 等离子喷涂核心工艺直接对应热喷涂产线，Si-HfO₂复合粘结层为超高温SiC复合材料应用提供失效机制与材料设计依据，参考价值高。摘要未给APS工艺参数（电流/功率/送粉）。
存疑
- 缺工艺：APS电流/功率/送粉/喷距未给
- HfSiO₄屏障机理基于组织观察，机械/热循环性能需读全文
- 服役条件单一（等温1623K），无热循环数据
中文摘要
为解决 Si 粘结层在超高温下的软化及有限的抗氧化和水蒸气腐蚀能力，本文采用空气等离子喷涂（APS）在无压烧结 SiC 基体上沉积了 Si 与 Si–15 mol% HfO₂（记为 15HS）复合粘结层。在 1623 K 干氧和 90% H₂O–10% O₂ 环境中暴露 20–200 h 后，考察了其相演化、截面微观组织和失效机制。在干氧中，Si 涂层表面形成 SiO₂ 热生长氧化物（TGO）层，随时间开裂剥落，涂层逐渐变薄。在 15HS 涂层中，HfO₂ 与 SiO₂ 原位反应生成 HfSiO₄；致密层的体积膨胀与抗剥落性能共同作用使涂层增厚而非减薄，且 TGO 保持致密无裂纹。在水蒸气腐蚀下，Si 涂层通过 SiO₂ 以 Si(OH)₄ 形式的气相挥发被持续消耗，伴随孔隙和贯穿厚度裂纹；200 h 后涂层厚度仅为初始值的约 70%。而 15HS 涂层则经历三阶段演化——均匀氧化、层状构建和屏障稳定——之后形成致密双层屏障，外层为 HfSiO₄ 层、内层为 SiO₂ 带，厚度保留率约 90%，远高于 Si 涂层。机理分析表明，HfO₂ 颗粒保持原位，而 Si⁴⁺ 向外扩散并转化。
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摘要中给出的工艺参数
| 其他 | APS喷涂；服役1623K；干氧与90%H2O-10%O2环境；20-200h |
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DOI: 10.3390/coatings16101230