学科专业：材料学

论文题目：硅基陶瓷涂层氧化行为研究

答辩人：程春玉

指导教师：李贺军 教授

时间：2019年1月6日 下午3:00

地点：友谊校区公字楼328室

一、学位论文简介

高温易氧化是制约碳/碳（C/C）复合材料作为高温结构材料使用的最大瓶颈，抗氧化涂层技术是解决该难题的有效手段。SiC陶瓷涂层是目前最常用、研究最深入的抗氧化涂层体系。鉴于添加剂的种类和含量对SiC陶瓷涂层的氧化行为有较大影响，需要对其展开系统研究，以充分发挥SiC基陶瓷涂层的潜能。本文以提高C/C复合材料表面SiC基陶瓷涂层抗氧化性能为目的，采用实验和第一性原理计算相结合的方法，系统研究了不同添加剂（Al₂O₃、ZrB₂和SiC纳米线/热解碳（SiCnw/PyC））对SiC基陶瓷涂层微观结构和氧化行为的影响。本论文主要研究成果和创新如下：

（1）采用包埋熔渗与第一性原理计算相结合的方法研究了Al₂O₃对SiC陶瓷氧化行为的影响，发现进入晶格的O₂分子可以修复CO对少量Al掺杂SiO₂网络结构的破坏，但难以修复损伤的大量Al掺杂SiO₂网络结构。

（2）揭示了CVD法制备的3C-SiC纳米线通过气相成核、热力学相变和层错扩展产生高温相变的机制，提出采用CVD法在纳米线表面包裹PyC，使其在高温下保持形貌稳定，阐明了PyC使纳米线表面不再呈现自由状态并阻止其层错处原子滑移的作用机理。

（3）采用包埋熔渗和CVD法制备了SiCnw/PyC增韧SiC-ZrB₂陶瓷涂层，揭示了通过PyC与陶瓷基体反应形成SiC提高增韧相与涂层间的界面结合，以及Zr原子掺杂增加SiO₂粘度和SiO₂(110)/SiO₂(001)界面结合能，进而提高涂层抗氧化性能的机理。

二、攻读博士学位期间以第一作者（或导师第一）发表的与学位论文相关的学术论文

[1] Chunyu Cheng, Hejun Li, Qiangang Fu, Lu Li, Liping Guo. Influence of Al₂O₃ on the oxidation resistance of SiC ceramic: First-principle study and experiment. Corrosion Science, 2018, 134: 57-63. (SCI:000429187200006, IF: 4.862, 对应论文第3章).

[2] Chunyu Cheng, Hejun Li, Qiangang Fu, Liping Guo. Effect of Al₂O₃ on the densification and oxidation behavior of SiC coating for carbon/carbon composites, Ceramics International, 2018, 44: 12702-12708 (SCI: 000436351700102, IF: 3.057, 对应论文第3章)

[3] Chunyu Cheng, Hejun Li, Qiangang Fu, Lu Li, Liping Guo, Xuemin Yin, Xinfa Tian. Effects of pyrocarbon on morphology stability of SiC nanowires at high temperatures, Journal of the American ceramic society, 2018, 101: 3694-3702. (SCI: 000434278100045, IF: 2.956, 对应论文第4章).

[4] Chunyu Cheng, Hejun Li, Qiangang Fu. Initial oxidation of ZrB₂(0001) from first-principles calculations. Computational Materials Science, 2018: 153, 282-287 (SCI: 000441521600035, IF: 2.530, 对应论文第5章).

[5] Chunyu Cheng, Hejun Li, Qiangang Fu, Liping Guo. A SiCnw/PyC-toughened ZrB₂-SiC coating for protecting Si-SiC coated C/C composites against oxidation, Applied Surface Science, 2018, 457: 360-366 (SCI: 000441872300042, IF: 4.439, 对应论文第6章).

[6] Chunyu Cheng, Hejun Li, Qiangang Fu, Liping Guo, Jia Sun, Xuemin Yin. Effect of Zr doping on the high-temperature stability of SiO₂ glass. Computational Materials Science, 2018: 147, 81-86 (SCI:000427945300009, IF: 2.530, 对应论文第6章).

材料学院

2019年1月4日