[發(fā)明專利]炭/炭復(fù)合材料防氧化劑及熱處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110362339.2
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102492318A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張保法;吳鳳秋
• 申請（專利權(quán)）人: 北京百慕航材高科技股份有限公司
• 主分類號: C09D1/00
• 分類號: C09D1/00;C09D7/12;C09D5/00;C04B41/85
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于炭/炭復(fù)合材料防氧化涂層技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種炭/炭復(fù)合材料防氧化劑及熱處理方法。

背景技術(shù)

炭材料在航空、航天、能源、化工、機械等眾多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。在非氧化性氣氛中可以使用到2000℃以上，但炭材料在大氣中450℃以上就產(chǎn)生明顯的氧化，并且隨溫度升高氧化速度急劇增加。

炭/炭復(fù)合材料屬于炭材料，是以炭纖維增強基體炭的一類最先進的高溫用復(fù)合材料，主要用于飛機剎車及固體火箭發(fā)動機，近幾年來，由于太陽能的快速發(fā)展，炭/炭復(fù)合材料也被廣泛地用于硅材料制備設(shè)備中的熱場材料。雖然炭/炭復(fù)合材料密度低，高溫力學(xué)性能優(yōu)異(與石墨材料相比，韌性有極大的改善)，但仍然有抗氧化性能較差的弱點。

幾十年來，人們對炭/炭復(fù)合材料進行了大量的研究，開發(fā)了許多防氧化技術(shù)，其中防氧化涂層技術(shù)是最主要的方法之一。

磷酸鹽為主的防氧化涂層(專利：U.S.Pat.No.4,837,073)施工簡單，可以有效地應(yīng)用于800℃以下。700℃下耐氧化時間10小時左右。隨著炭/炭復(fù)合材料剎車盤使用壽命的增加，該專利的防氧化效果仍需進一步提高。

中國專利公開號CN1544536A中介紹了一種以磷酸鹽為主的炭/炭復(fù)合材料防氧化涂層，其中硅10％-15％，硼10％-15％，磷酸鹽60％-70％，氧化鋁5％-10％，雖然該配方比較簡單，但低溫及高溫防氧化效果不是太理想。

另一類研究較多的是SiC涂層，經(jīng)常采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法。在高溫下，由于SiC與O₂反應(yīng)形成致密的SiO₂薄膜，因而有很好的防護效果。但這類高溫涂層由于膨脹系數(shù)與炭/炭復(fù)合材料膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致低溫下產(chǎn)生裂紋，因而不適合長期應(yīng)用于中低溫環(huán)境，不適合用于飛機炭-炭復(fù)合材料剎車盤。

為了改善防氧化涂層的性能，許多專利采用復(fù)合涂層的方式進行長時間的氧化防護，通常底層以磷酸鹽為主，外層為含硼硅酸鹽，這樣耐溫有所提高，時間也得到延長。但該類工藝處理周期長。這類涂層中，許多原料有毒性，對施工人員及環(huán)境有不利影響。

中國專利公開號CN1415669A中介紹了一種有預(yù)浸液(硼酸、磷酸及蒸餾水)和涂料(900^#高溫粘結(jié)劑及SiC、硼與硼化物、硅粉、三氧化鋁粉、蒸餾水)的復(fù)合防氧化涂層，其中硼酸需要在加熱狀態(tài)下溶解，或者在酒精中溶解，粘結(jié)劑及稀釋劑通常有毒性。中國專利公開號CN100410212C，一種炭/炭復(fù)合材料防氧化涂層，也是一種復(fù)合涂層，主要成分為Al(OH)₃，Zn₃(PO₄)₂·4H₂O，Na₂B₄O₇·10H₂O，SiO₂，B等，經(jīng)過兩次處理后得到的炭/炭復(fù)合材料防氧化涂層，有較好的抗氧化效果，環(huán)保性好。這類復(fù)合涂層需要涂刷兩次，熱處理兩次，生產(chǎn)周期長，提高了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)成本低，并且低溫及高溫防氧化效果好，無毒的炭/炭復(fù)合材料防氧化劑及熱處理方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，

防氧化劑涂料按重量百分比為：25-35％SiO₂，15-25％TiO₂，8-20％SiC，10-20％B₄C，5-15％NaAlO₂，5-15％Al(OH)₃，1-3％十六烷基三甲基氯化銨組成，其中Al(OH)₃以7mL/g的比例溶解于H₃PO₄中，NaAlO₂以4mL/g的比例溶解于水中，十六烷基三甲基氯化銨以5mL/g的比例溶解于水中，將SiO₂、TiO₂、SiC、B₄C粉末加入溶有Al(OH)₃的磷酸溶液中，為便于涂刷，加水稀釋，水與磷酸溶液的體積比為20-100∶100，攪拌均勻，然后加入NaAlO₂溶液充分?jǐn)嚢瑁詈蠹尤胧榛谆然@水溶液，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌希粚⒈砻嫱坑蟹姥趸瘎┩苛系奶?炭復(fù)合材料放入真空或保護氣氛中，加熱處理，處理溫度為550℃-800℃，保溫時間1-4小時。