[發明專利]碳基材料表面高溫抗氧化多層復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201410034755.3
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103804031A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 白書欣;張虹;葉益聰;朱利安
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: C04B41/90
• 分類號: C04B41/90
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及表面涂層技術領域，具體涉及一種碳基材料表面高溫抗氧化多層復合涂層及其制備方法。

背景技術

碳基材料如石墨、碳/碳復合材料等具有低的密度和熱膨脹系數、高的熱導率和化學穩定性，且其強度隨溫度升高不降反升，是很有前景的高溫熱結構材料，因而在航空、航天、核能及其他工業領域受到極大矚目。然而碳在較高溫度下（400℃以上）極易與氧化性氣體發生化學反應，使其力學性能明顯下降，極大限制了其作為高溫結構材料在高溫氧化性環境中的廣泛應用。因此，碳基材料的高溫抗氧化防護是實現其實際應用的關鍵。

涂覆抗氧化涂層被認為是解決碳基材料高溫氧化防護的有效手段。由于目前尚未找到可以徹底保護碳基材料免受高溫氧化的單一涂層材料，多層復合涂層成為了人們的研究熱點和重點。由于SiC與碳基材料良好的物理和化學兼容性，一般被用作過渡層，然后再在其上進一步施加其他保護層，如MoSi₂、Si₃N₄、HfSi₂、WSi₂等，這些材料可以在高溫下氧化形成氧滲透率極低的SiO₂玻璃相，并且依靠其在高溫下的流動性，封填涂層中的裂紋和孔洞，達到長時間保護碳基體的效果。然而，SiO₂的上限使用溫度不超過1700℃，因此這類涂層保護的碳基材料最高使用溫度一般不超過1800℃。

為了提高碳基材料的使用溫度，需要選擇具有更高使用溫度的氧擴散阻擋材料及抗氧化材料。金屬銥（Ir）具有高熔點（2440℃）、優異的化學穩定性、已知材料中最低的氧滲透率，十分適合作為高溫氧化性環境中使用的氧擴散阻擋層。然而，Ir和碳在高溫下不反應，且碳在Ir中的固溶度很低，因此Ir涂層在碳基材料上僅為較弱的機械結合，二者間熱膨脹系數的差異還會導致碳基材料上Ir涂層的開裂甚至剝落，因此，需要在Ir涂層及碳基材料間添加粘結層以增強其結合強度。Zhu等人采用化學氣相沉積錸（Re）涂層作為Ir涂層和碳基材料間的過渡層，顯著增加了涂層的結合強度，并部分緩解了熱應力，表明了難熔金屬Re和Ir及碳基材料間具有良好的物理和化學兼容性[Zhu?L.?et?al.,?Rhenium?used?as?an?interlayer?between?carbon-carbon?composites?and?iridium?coating:?adhesion?and?wettability.?Surface?and?Coatings?Technology.?2013;?DOI:?10.1016/j.surfcoat.2013.07.013]。