聚碳硅烷基复合涂层PCS裂解行为及其抗激光烧蚀性能

针对高性能激光防护涂层的开发问题,根据聚碳硅烷(PCS)裂解时会消耗大量激光能量,并产生高温陶瓷保护相的特点,本研究创新性地提出在传统氧化钇稳定氧化锆(YSZ)隔热涂层表面再复合PCS烧蚀型涂层的防护思路,采用料浆法结合大气等离子喷涂技术(APS)在Ni基合金表面分别制备了NiCrAlY/YSZ/PCS-TiO_(2)(YPT)和NiCrAlY/YSZ/PCS-Y_(2)O_(3)(YPY)涂层。在研究TiO_(2)和Y2O3添加相对PCS裂解行为影响的基础上,系统研究了YPT和YPY复合涂层对10.6μm CO_(2)激光器的抗激光烧蚀性能,并与单层YSZ涂层进行比较。结果表明,YPY和YPT复合涂层比传统YSZ涂层的激光防护效果更好,这是因为在激光烧蚀初期,涂层表面的PCS裂解会消耗激光能量,且烧蚀后残余的Y_(2)SiO_(5)、SiC和SiO_(2)相会沉积在YSZ涂层上,形成致密的保护层,继续对YSZ涂层进行激光防护。YPY比YPT涂层激光防护性能更好,这是因为Y_(2)O_(3)具有高热导率和低热膨胀系数,YPY涂层产生的温度梯度更小,从而缓解热应力,且Y_(2)O_(3)参与PCS的裂解生成了Y_(2)SiO_(5)相,比TiO_(2)更能抑制PCS裂解引起的体积膨胀。此外YPY涂层中心烧蚀温度更高,生成PCS裂解产物SiC和SiO_(2)相的速度更快,能及时保护下方涂层,表现出更好的抗激光烧蚀性能。该研究有望为新型抗激光复合涂层的设计提供研究思路。