[發明專利]一種碳基復合材料抗燒蝕涂層的制備方法

無效

• 申請號: 201410332681.1
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104087936A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 鄧春明;劉敏;周克崧;韋春貝;毛杰;鄧暢光;代明江;張吉阜;侯惠君
• 申請（專利權）人: 廣東省工業技術研究院(廣州有色金屬研究院)
• 主分類號: C23C28/04
• 分類號: C23C28/04
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所 44216
• 代理人: 千知化

技術領域

本發明涉及一種碳基復合材料抗燒蝕涂層的制備方法，屬于表面技術領域，特別涉及一種以真空物理氣相沉積的致密SiC層為中間層，等離子噴涂ZrB₂-MoSi₂厚涂層為面層的抗高溫氧化、耐燒蝕涂層的制備方法。

背景技術

碳基復合材料具有優異的高溫力學性能，如高強度、高比模量、良好的斷裂韌性和耐磨性能，是理想的耐高溫結構材料。但是碳基復合材料在高溫氧化環境中極易發生氧化，例如：碳在370℃以上的空氣中；在650℃以上的水蒸汽中；在750℃以上的CO₂中都會發生嚴重的氧化，導致其力學性能急劇下降。因此，防止碳基復合材料在高溫下的氧化和燒蝕是實際應用中亟待解決的問題。

在碳基復合材料表面制備抗高溫氧化和抗燒蝕涂層是一種有效的方法，主要有包埋法、涂敷法等，涂層材料主要有硼化物、硅化物和碳化物等。硼化物主要有HfB₂和ZrB₂，它們在1000℃下生成黏液態的B₂O₃保護層，從而具有良好的抗氧化性能。HfB₂因成本很高，應用較少。ZrB₂高溫氧化后的產物為ZrO₂，熔點可以達到2690℃，可以在2200℃以上的高溫中使用。硅化物主要有SiC和MoSi₂，利用其在高溫下氧化會生成SiO₂而具有良好的自愈合能力，從而表現出優異的高溫抗氧化性能。其中SiC（線膨脹系數為4.8×10^-6K^-1）的線膨脹系數與C/C復合材料比較接近，有助于提高涂層的結合強度，是較為理想的抗氧化和耐燒蝕涂層材料。MoSi₂(線膨脹系數為8.3×10^-6K^-1)也具有良好的抗氧化和耐燒蝕性能。ZrB₂-MoSi₂涂層具有良好的抗高溫氧化和耐燒蝕性能，可在1800℃，甚至更高的全溫度范圍內都具有優異的抗氧化和耐燒蝕性能，但兩種材料都與碳基復合材料（線膨脹系數為1.2×10^-6K^-1）的膨脹系數相差較大，容易引起線膨脹系數失配問題，導致涂層的結合強度較低，抗高溫高速焰流沖刷性能差。利用SiC與碳基復合材料相近的膨脹系數，以SiC層作為中間層，抗高溫氧化和抗燒蝕ZrB₂-MoSi₂涂層為面層的復合在碳基復合材料的防護方面具有明顯的優勢。

CN201410001380.0公開了“一種ZrB₂-SiC/SiC陶瓷涂層的制備方法”，該方法采用包埋法分別制備中間層SiC和ZrB₂-SiC面層；曾毅等（碳基復合材料SiC/ZrB₂-MoSi₂復合涂層的抗氧化機制，《復合材料學報》，2010，27（3），50-55）公開了一種利用包埋法和刷涂法制備SiC/ZrB₂-MoSi₂涂層的方法，該方法使用線膨脹系數與碳基復合材料更接近的SiC作為過渡層，降低了ZrB₂-MoSi₂涂層與基體之間的熱應力。然而，利用包埋法制備涂層的工藝溫度高，導致碳基復合材料的力學性能顯著降低，同時存在均勻性以及涂層厚度不易控制，且刷涂法制備的涂層結合強度低，在高速氣流沖刷下容易剝落，無法實現對碳基有效保護。

發明內容

本發明的目的為了克服現有技術的不足，提出了一種碳基復合材料抗高溫氧化、耐燒蝕的復合制備方法，所述方法通過真空鍍膜技術在碳基復合材料表面沉積致密的SiC中間層，然后利用等離子噴涂技術制備ZrB₂-MoSi₂涂層。由于該方法制備涂層的整個過程都是在低溫下進行沉積，不會對碳基復合材料造成損傷，同時利用SiC中間層低的膨脹系數緩解涂層的殘余應力和ZrB₂-MoSi₂厚涂層的抗高溫氧化和耐燒蝕性能，具有涂層結合強度高、抗沖刷性能優良、對碳基復合材料高溫防護效果顯著的特點。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：碳基復合材料抗燒蝕涂層的制備方法步驟如下：