[發明專利]一種Si-ZrB2-SiC抗氧化涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 201811229891.2
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109320299A
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 曹英斌;周帆
• 申請（專利權）人: 湖南國科碳陶新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B41/87
• 分類號: C04B41/87
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

一種Si?ZrB₂?SiC抗氧化涂層及其制備方法，所述涂層中的Si:ZrB₂:SiC的體積含量比為5～10％:25～40％:50～65％，涂層孔隙率小于0.5％，涂層厚度在50～500μm之間，涂層在1500℃以下氧化環境能有效保護基底材料。涂層的制備是以C、ZrO₂、B₄C為原料，采用漿料涂覆法與氣相滲硅相結合的工藝，在氣相滲硅過程中原位反應生成ZrB₂和SiC獲得。本發明提供的制備方法采用漿料涂覆—氣相滲硅原位反應工藝結合了漿料涂覆工藝和氣相滲硅工藝，具有工藝簡單、生產周期短、成本低等優點，并有效解決了其它工藝或方法制備的涂層成分均一致性差、致密度不高以及涂層與基底之間結合力較弱等問題。

技術領域

本發明屬于陶瓷基復合材料涂層材料技術領域，具體地涉及一種Si-ZrB₂-SiC抗氧化涂層的制備方法。

背景技術

C/C、C/C-SiC復合材料具有高比強度、高比模量、優異的高溫穩定性、抗熱震性能和高溫抗蠕變性能、低熱膨脹系數等優點，作為熱結構和熱防護部件以及先進的摩擦材料，被廣泛應用于航空航天以及摩擦制動等領域。但是C/C、C/C-SiC復合材料中的C基體和碳纖維在500℃以上會發生氧化。保護C/C、C/C-SiC復合材料最常用的一種方法就是在其表面制備一層抗氧化涂層。二硼化鋯(ZrB₂)具有高熔點(3520K)、優異的抗氧化和抗燒蝕性能，是一種常用的抗氧化涂層材料之一。研究人員常將ZrB₂和SiC一起用于抗氧化涂層材料，這樣有助于提升SiC涂層的抗氧化性能。

目前，在C/C-SiC復合材料表面制備涂層的方法主要有化學氣相沉積法、包埋法、等離子噴涂法、漿料涂覆法等。化學氣相沉積法與等離子噴涂工藝均存在工藝成本高，反應設備復雜，不利于大規模生產等缺點。而包埋法所需溫度較高(1800～2300℃)，對于液相滲硅或者氣相滲硅制備的C/C-SiC復合材料不適用，這是因為反應的高溫會使復合材料內部的Si熔融流動，使得復合材料的力學性能下降。

漿料涂覆法制備涂層具有工藝簡單、操作簡便、成本低等優點，且可以通過刷涂不同的漿料，制備多層涂層和過渡涂層。但是其得到的涂層與復合材料基底結合力較弱，涂層成分均一性差，致密度不高。ZHOU Hai-Jun,FENG Qian,KAN Yan-Mei,et al.(ZrB₂-SiCCoatings Prepared by Vapor and Liquid Silicon Infiltration Methods:Microstructure and Oxidation Resistance Property[J].Journal of InorganicMaterials,2013,28(10):1158-1162)公布了以酚醛樹脂為碳源，將酚醛樹脂和ZrB₂均勻涂覆在C/SiC復合材料表面經過熱處理得到了ZrB₂-PyC預涂層，然后分別采用氣相滲硅和液相滲硅方法在C/SiC復合材料表面制備了ZrB₂-SiC涂層。上述方法中采用酚醛樹脂為碳源，在滲硅工藝之前需要反復幾次的高溫熱處理才能得到一定厚度的ZrB₂-PyC預涂層，使得工藝變得復雜，周期變長，成本升高。另外，其直接以ZrB₂為生產原料，也使得成本大大增加，且其對在液相滲硅或者氣相滲硅制備的C/C-SiC復合材料表面制備涂層并未有相關的研究。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足或者成本的高昂，提出一種陶瓷基復合材料表面Si-ZrB₂-SiC抗氧化涂層的制備方法。采用的漿料涂覆——氣相滲硅原位反應工藝，該工藝結合了漿料涂覆工藝和氣相滲硅工藝的特點，具有工藝簡單、生產周期短、成本低等優點；制備的涂層組織結構致密均勻，與復合材料基底結合強度較高，能夠保護的復合材料體系廣泛，特別能夠在液相滲硅或氣相滲硅制備的C/C-SiC復合材料表面制備抗氧化涂層。