Microstructure evolution in amorphous Hf–B–Si–C–N high temperature resistant coatings after annealing to 1500 °C in air

Abstract

Amorfní povlaky Hf–B–Si–C–N vykazují velmi vysokou vysokoteplotní oxidační odolnost. V této práci je zkoumán vývoj mikrostruktury povlaků Hf7B23Si22C6N40 a Hf6B21Si19C4N47 vyžíhaných do 1500 °C s cílem pochopit jejich vysokou oxidační odolnost. Vyžíhané povlaky vykazují dvouvrstvou strukturu zahrnující původní nadeponovaný materiál s horní zoxidovanou vrstvou. Mikrostruktura zoxidované vrstvy je v obou případech tvořena nanokrystalky HfO2 rozptýlenými v amorfní matrici na bázi SiOx. V případě povlaku Hf7B23Si22C6N40 zůstává spodní vrstva amorfní, zatímco v případě povlaku Hf6B21Si19C4N47 částečně rekrystalizuje a tvoří nanokrystalky HfB2 a HfN, které jsou oddělené fázemi h-Si3N4 a h-BN. Fáze HfB2 a HfN vytváří sendvičovou koherentní nanostrukturu spojenou přes monovrstvu (111)-Hf. Navzdory rozdílnému složení původních povlaků vykazuje rozhraní dvouvrstvé struktury v obou případech podobnou mikrostrukturu s jemným rozmístěním nanokrystalků HfO2, které jsou obklopeny fází SiO2. Vysokoteplotní oxidační odolnost obou povlaků je přisuzována konkrétnímu vývoji mikrostruktury obsahující nanokrystalky HfO2 zabudované v husté matrici na bázi amorfního SiOx a krystalického SiO2 (křemen) na rozhraní dvouvrstvé struktury, které slouží jako bariéra pro difúzi kyslíku a přestup tepla.