[發(fā)明專利]一種碳材料表面硼化物改性硅基抗氧化涂層的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711103758.8
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107814591B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任宣儒;李賀軍;馮培忠;郭立童;張平;沈承金;鞠治成
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89;C04B35/83;C04B35/52
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

一種碳材料表面硼化物改性硅基抗氧化涂層的制備方法，屬于碳材料表面高溫抗氧化涂層的制備方法。抗氧化涂層的制備方法，首先配置含量可控的硼化物MB₂料漿，其中MB₂中的M＝Zr、Ta或Hf，在帶有SiC內(nèi)涂層的碳材料基體表面涂刷、浸涂或者噴涂MB₂料漿的預(yù)置層，獲得預(yù)置層后，再經(jīng)過超高溫?zé)崽幚頍Y(jié)合成涂層。本發(fā)明通過對復(fù)合陶瓷料漿粉料配比的調(diào)控和設(shè)計，可以控制MB₂?SiC(M＝Zr，Ta或Hf)涂層的組分含量；通過涂刷、浸涂或者噴涂次數(shù)的控制，可以實現(xiàn)對MB₂?SiC(M＝Zr，Ta或Hf)涂層厚度的控制。預(yù)置層后期經(jīng)過超高溫?zé)Y(jié)熱處理，又可以提高涂層的致密度和內(nèi)涂層界面的結(jié)合強度。本發(fā)明制備工藝簡單，涂層致密均勻，生產(chǎn)成本較低，適用于形狀、大小各異的碳材料部件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳材料表面高溫抗氧化涂層的制備方法，特別是一種碳材料表面硼化物MB₂(M＝Zr，Ta或Hf)改性硅基抗氧化涂層的制備方法。

背景技術(shù)

碳材料(石墨、C/C復(fù)合材料)是一類擁有優(yōu)異高溫性能的先進工程材料，具有耐高溫、小比重、高強度、高模量、高熱導(dǎo)率、低膨脹系數(shù)和耐熱沖擊等優(yōu)點，其能夠承受超高溫環(huán)境極高的加熱速率對其性能的影響，而且隨著溫度的逐漸增加，它的強度呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，且可以在2000℃以上的高溫下保持，使其成為高溫結(jié)構(gòu)材料的首選材料之一，被廣泛應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域。

碳材料是全碳質(zhì)材料，盡管其在高溫具有優(yōu)異的力學(xué)性能。但是，它卻有一個致命的弱點，即在400℃的空氣氣氛下就開始發(fā)生氧化，極大地限制了其作為高溫結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。因此，防氧化成為碳材料應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，抗氧化涂層法已經(jīng)被公認為一種可以有效提高碳材料抗氧化能力的方法，即在碳材料的表面制備耐高溫氧化材料的涂層，從而有效阻止氧氣與碳材料的接觸，實現(xiàn)對碳材料的防護。

在抗氧化涂層當中，超高溫陶瓷MB₂-SiC涂層展現(xiàn)了較好的潛力，MB₂-SiC中的M為過渡族金屬M＝Zr、Ta或Hf。SiC涂層在高溫(1400-1600℃)氧化時會形成一層可以有效保護基體的硅酸鹽玻璃層，從而呈現(xiàn)出良好的抗氧化性能，但其在中溫(700-1200℃)和超高溫有氧環(huán)境下(1600℃)難以實現(xiàn)對碳材料的有效防護。經(jīng)過MB₂(M＝Zr、Ta或Hf)改性后，可以憑借MB₂(M＝Zr、Ta或Hf)氧化后生成的液態(tài)B₂O₃增強涂層對碳材料在中溫環(huán)境下的氧化防護；而在超高溫溫度下，過渡族金屬M(M＝Zr、Ta或Hf)的氧化物又會和硅酸鹽玻璃相互作用形成M-Si-O(M＝Zr、Ta或Hf)復(fù)相玻璃層，增強玻璃層的穩(wěn)定性。

文獻1“I.G.Talmy,J.A.Zaykoski,M.M.Opeka.High-temperature chemistry andoxidation of ZrB₂ceramics containing SiC,Si₃N₄,Ta₅Si₃,and TaSi₂[J].Journal ofthe American Cerimic Society,2008,91(7):2250-7”報道了Ta氧化物在硅酸鹽玻璃中的存在，有助于提高玻璃的穩(wěn)定性，從而提高陶瓷的高溫氧化抗性。