Ti/V含量对等离子喷焊原位合成(Ti,V)C颗粒增强铁基复合涂层微观组织演变与强化机制的影响

《Materials Advances》：Influence of Ti/V content on microstructure evolution and strengthening mechanism of Fe-based composite coatings with in-situ (Ti,V)C particles prepared by plasma spray welding

本文通过等离子喷焊技术制备原位(Ti,V)C颗粒增强铁基复合涂层，系统研究Ti/V含量对微观组织演变规律及强化机制的影响。研究发现三维层状异质结构能有效抑制应变局域化，降低裂纹尖端应力强度，使层状复合材料同时具备1600 MPa抗压强度和26.1 MPa·m1/2断裂韧性，为结构化SiC复合材料性能提升提供新思路。

　　

层状异质结构SiC支架的制备

采用商用乙烯基聚碳硅烷(PCS)作为制备SiC层片的聚合物前驱体。PCS是一种透明琥珀色粘稠液体，在180°C会发生热交联并固化。为提升转化后SiC的密度和力学性能，预先将SiC粉末混入液态PCS中。制备过程首先将40wt%粒径20μm的SiC粉末、40wt%粒径0.5μm的SiC粉末与20wt%PCS在60°C下机械混合形成浆料，随后通过流延成型法制备厚度200μm的PCS层片。这些层片在180°C热压交联2小时后，在氩气保护下以5°C/min速率升至1000°C进行热解，最终获得具有自支撑能力的SiC层片。

PCS与烧结SiC支架的微观结构与性能

流延过程中浆料的粘度和流变特性对PCS层片质量具有决定性影响。图2(a)展示了不同温度下浆料的粘度-剪切速率曲线，可见浆料粘度随温度升高逐渐降低。当温度超过50°C时，粘度显著下降至适合流延成型的范围。热解后的SiC层片虽存在明显收缩，但仍保持完整的层状结构，其弯曲强度达到280MPa。扫描电镜显示层片内部存在纳米尺度的复杂界面，这些界面能有效阻碍裂纹扩展，如同给材料穿上了"纳米铠甲"。

结论

采用PCS作为烧结助剂制备的薄层SiC展现出致密微观结构和优异弯曲强度（280MPa），这标志着SiC复合材料制造技术的重大进步。SiC层片内部的纳米级界面在抵抗裂纹扩展中发挥关键作用。层状SiC复合材料的力学性能表明，通过引入金属玻璃层状结构，并分别采用SiC或Ti颗粒作为层间支撑进行增强，能实现强度和韧性的协同提升。这种仿生层状设计为脆性陶瓷材料的增韧提供了新范式。