[發明專利]一種碳/碳復合材料超高溫抗氧化涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201210176551.4
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN102674892A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 華云峰;杜繼紅;姬壽長;李爭顯;王寶云;王彥峰
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C04B41/85
• 分類號: C04B41/85
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于抗氧化無機材料技術領域，具體涉及一種碳/碳復合材料超高溫抗氧化涂層及其制備方法。

背景技術

碳/碳復合材料具有高比強、高比模、低密度、低熱膨脹系數、耐熱沖擊的性能以及力學強度隨溫度的升高不降反升的獨特性能，是目前唯一可以在溫度為1800℃～2500℃的超高溫條件下保持較高力學性能的材料。然而，盡管碳/碳復合材料在超高溫條件下具有諸多優良的性能，但其在溫度高于400℃的有氧環境中極易發生氧化反應，導致碳/碳復合材料的綜合性能下降。

超高溫抗氧化涂層是提高碳/碳復合材料超高溫抗氧化性能的重要途徑。ZrB₂的熔點高達3245℃，是碳/碳復合材料理想的超高溫抗氧化涂層材料。

文獻1(E.?L.?Corral,R.?E.?Loehman.?Ultra-high-temperature?ceramic?coatings?for?oxidation?protection?of?Carbon–Carbon?composites.Journal?of?American?Ceramic?Society,2008,91(5):1495-1502)和文獻2(牛亞然，鄭學斌，丁傳賢.等離子體噴涂高溫抗氧化涂層制備與表征.熱噴涂技術，2011，3(3):1-10)均通過加入SiC來提高ZrB₂的抗氧化性能。文獻3(D.?Sciti,?F.?Monteverde,S.?Guicciardi?et?al.Microstructure?and?mechanical?properties?of?ZrB₂-MoSi₂?ceramic?composites?produced?by?different?sintering?techniques.Materials?Science?and?Engineering?A,2006,434:303-309)通過加入MoSi₂來提高ZrB₂的抗氧化性能。然而在超高溫條件下，ZrB₂-SiC和ZrB₂-MoSi₂的氧化產物均存在粘度低、蒸發速率快、氧擴散系數高等缺陷，導致ZrB₂-SiC和ZrB₂-MoSi₂的氧化速率過快。

文獻4(韓杰才,?胡平，張幸紅等.LaB₆的添加對ZrB₂-SiC基超高溫陶瓷材料氧化性能的影響.中國力學學會學術大會，2007)通過加入SiC、LaB₆來提高ZrB₂的抗氧化性能。文獻5(李學英，張幸紅，韓杰才等.Y₂O₃摻雜ZrB₂-SiC基超高溫陶瓷的抗燒蝕性能.稀有金屬材料與工程,2011,40(5):820-823)通過加入SiC、Y₂O₃來提高ZrB₂的抗氧化性能。文獻6(張偉剛.碳/碳復合材料的寬溫域自愈合抗氧化.中國材料進展，2011，30(11):25-31)和文獻7(V.?Medri,F.?Monteverde,A.?Balbo,et?al.Comparison?of?ZrB₂-ZrC-SiC?composites?fabricated?by?spark?plasma?sintering?and?hot-pressing.Advanced?Engineering?Materials,2005,7(3):159-163)通過加入SiC、ZrC來提高ZrB₂的抗氧化性能。文獻8(F.?Monteverde,A.?Bellosi,L.?Scatteia.?Processing?and?properties?of?ultra-high?temperature?ceramics?for?space?applications.Materials?Science?and?Engineering?A,2008,485:415-421)通過加入SiC、HfB₂來提高ZrB₂的抗氧化性能。文獻4至8雖然提高了氧化產物的粘度，降低了氧化產物的蒸發速率，但仍存在氧化產物的氧擴散系數高等缺陷，導致涂層因過快氧化而失效。