[發明專利]一種碳/碳復合材料表面1500~1700℃抗氧化涂層及制備方法

有效

• 申請號: 201810242566.3
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108530109B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 李賀軍;王佩佩;張雨雷;王翰輝;李濤
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種碳/碳復合材料表面1500～1700℃抗氧化涂層及制備方法，采用原位反應法制備梯度硼化鉿改性碳化硅外涂層，由內到外硼化鉿含量依次增加，該方法一方面解決了涂層與涂層之間的熱膨脹系數失配的問題，提高了涂層間的結合和熔滲，降低了涂層熱膨脹系數過高在氧化過程中的剝落問題；另一方面通過原位反應法制備出的梯度硼化鉿改性碳化硅外涂層大大提高了HfB₂在涂層中的含量，有效地提高了硅基陶瓷涂層的抗氧化性能。相比于其他制備抗氧化涂層的方法，如料漿法、等離子噴涂法等，該制備方法操作簡單，節省成本，而且制備的涂層與基體具有良好的結合力。

技術領域

本發明屬于碳/碳復合材料表面涂層及制備方法，涉及一種碳/碳復合材料表面1500～1700℃抗氧化涂層及制備方法。

背景技術

C/C復合材料具有熱膨脹系數小、高比模、高比強、耐高溫、耐熱沖擊、易加工制造等優異性能。然而這些優異的性能只能在惰性氣氛中取得，其在有氧環境下，當溫度超過370℃后，C/C復合材料就可開始發生氧化，并且氧化速率隨著溫度的升高迅速增大，若無抗氧化措施，在高溫氧化環境中長時間使用C/C復合材料必將引起災難性后果。要使C/C復合材料能在高溫氧化氣氛下長期、可靠地工作，并能承受高溫的熱沖擊，必須依靠涂層技術來抗氧化。硅基陶瓷涂層由于與C/C復合材料之間存在較好的物理化學相容性，高溫氧化反應可生成連續、均勻、致密的SiO₂保護薄膜，因此被認為是最理想的內層(過渡層)材料。然而硅酸鹽玻璃層在1500℃以上的超高溫下容易揮發，且SiC在1500℃以上容易發生主動氧化生成SiO氣體，會形成一些孔洞和氣泡，從而會導致涂層的失效。因此，必須在SiC涂層C/C復合材料表面引入外涂層，以提高涂層在高溫下的抗氧化性能。基于上述問題，為了提高涂層的氧化抗性，多相復合涂層引起了研究人員的關注。其中引入外涂層的方法有很多種，如CVD法、料漿法、等離子體噴涂法等，但是這些方法都存在涂層結合力不高、致密度不夠、強度較低等弊端。

文獻1“A MoSi₂-SiOC-Si₃N₄/SiC anti-oxidation coating for C/C compositesprepared at relatively low temperature,Fangxu Niu,Yanxiang Wang,Imran Abbas,Shanlong Fu, Chengguo Wang.Ceramics International,2017,43:3238-3245.”公開了一種采用料漿法制備MoSi₂-SiOC-Si₃N₄抗氧化外涂層的方法。該方法首先在C/C復合材料表面采用包埋法制備多孔的SiC內涂層；其次采用料漿法在SiC涂層C/C復合材料表面制備MoSi₂-SiOC-Si₃N₄抗氧化外涂層。該方法操作方便，工藝簡單易控，可以人為控制涂層的結構和厚度，但該方法制備的涂層致密性不強，結合力較弱，在1500℃空氣氣氛下只保護C/C復合材料100小時。

文獻2“High-temperature oxidation behavior of plasma-sprayed ZrO₂modified LaMo-Si composite coatings,Changcong Wang,Kezhi Li,Xiaohong Shi,Qinchuan He, Caixia Huo.MaterialsDesign,2017,128:20-33.”公開了一種采用等離子噴涂法制備 ZrO₂改性La-Mo-Si涂層的方法，該方法在SiC涂層C/C復合材料表面采用等離子噴涂法制備抗氧化涂層，在1500℃空氣氣氛下保護C/C復合材料140小時失重0.96％。該方法工藝簡單易行，但制備的涂層結合力較弱，不利于涂層的氧化抗性，因此在 1500℃空氣氣氛下只能保護C/C復合材料較短時間。