Microcracks self-healing: A novel strategy to enhance oxidation and
cracking resistance in SiCf/SiC-GH536 brazed joints

微裂纹自愈合：一种提升SiCf/SiC-GH536钎焊接头抗氧化与抗开裂能力的新策略

作者信息：

Shuai Zhao, Pengcheng Wang, Haiyan Chen, Zhaoyi Pan, Yongsheng Liu, Wenya Li

School of Materials Science and Engineering, State Key Laboratory of Solidification Processing, Northwestern Polytechnical University, Xi'an, 710072, China

Shaanxi Key Laboratory of Friction Welding Technologies, Northwestern Polytechnical University, Xi'an, 710072, China

Xi'an Space Engine Company Limited, Xi'an, 710072, China

Aerospace Science and Technology Corporation, Xi'an, 710072, China

https://doi.org/10.1016/j.tramat.2025.100017

文章介绍：

随着高性能航空航天技术的飞速发展，对具有优异高温稳定性和长期服役能力的材料需求日益迫切。喷气发动机、燃气轮机等关键装备在高温、热冲击及强气流等极端环境下运行时，材料的高温稳定性、抗氧化性和力学性能成为保障安全运行与延长服役寿命的核心要素。因此，开发具有卓越高温性能的材料已成为科研与工业界的共同目标。

SiCf/SiC复合材料作为新型高温结构材料，凭借其高熔点、低热膨胀系数和强抗氧化性等优异特性获得广泛应用，尤其在高温燃气发动机领域展现出巨大潜力。为拓展其应用范围，常需与GH536高温合金等金属材料实现可靠连接。相较于传统连接工艺，钎焊技术能显著提升发动机推重比。然而钎焊接头在高温环境下仍存在明显局限性：长期高温服役过程中易产生热裂纹和残余应力集中，可能导致接头失效进而危及整体结构的稳定与安全。因此，提升钎焊接头性能及耐高温能力已成为当前重点研究方向。

尽管已有大量研究聚焦于复合材料在高温服役条件下的防护，但针对钎焊焊缝保护的研究仍相对有限。为解决这一问题，我们提出通过施加密封涂层来提升钎焊接头性能的创新思路。该密封涂层主要发挥三大功能：增强接头抗氧化性、提升力学强度、改善界面结合力。更重要的是，密封涂层还能实现钎焊接头裂纹的自愈合，从而有效延长接头服役寿命。因此，密封涂层的设计与制备已成为提升钎焊接头高温性能的关键策略。

Er₂Si₂O₇（硅酸铒）与MoSi₂（二硅化钼）是两种具有卓越高温性能的材料，在高温环境中展现出强抗氧化性和热稳定性。Er₂Si₂O₇作为典型高温陶瓷，兼具优异的热稳定性和抗氧化能力，能在高温条件下保持物理化学特性的稳定性，并在氧化气氛中呈现突出的结构稳定性。MoSi₂作为一种金属硅化物，则以其优良的高温性能、高导热性、强抗氧化能力和良好的机械性能而著称。

本研究重点探讨Er₂Si₂O₇+MoSi₂密封涂层的制备工艺，通过系统分析其微观结构特征与高温性能，深入解析涂层在钎焊接头服役过程中的裂纹自愈合机制，并评估其应用潜力与实践价值。本工作旨在为提升SiCf/SiC-GH536钎焊接头耐高温性能提供理论依据和技术支撑，为航空航天、燃气轮机等领域的高性能材料应用开辟新的解决途径。

中文摘要：

本研究提出了一种创新方法，通过在高功率激光增材制造中引入Er₂Si₂O₇与MoSi₂复合密封涂层，显著增强SiCf/SiC-GH536钎焊接头在高温条件下的裂纹自愈合能力。该技术的核心创新在于开发出一种既能提升SiCf/SiC复合材料抗氧化性，又能在服役过程中主动修复微裂纹的自愈合机制。通过热压烧结制备的Er₂Si₂O₇+MoSi₂密封涂层，经系统表征确认其微观结构与物相组成。在1000℃空气环境中退火1小时后，涂层裂纹近乎完全愈合，愈合相产生的5.89%体积膨胀有效阻碍了裂纹扩展。此外，带涂层钎焊接头的剪切强度达到54.7 MPa，较未涂层接头提升35.7%。研究揭示的自愈合机制包含两个连续过程：MoSi₂氧化生成SiO₂填充裂纹，随后SiO₂与Er₂SiO₅反应形成Er₂Si₂O₇，产生的压应力促进裂纹闭合并增强接头完整性。本工作为高性能钎焊接头设计提供了理论依据，为通过主动裂纹修复提升陶瓷-金属复合接头在高温氧化环境下的可靠性与服役寿命开辟了新途径。