[發(fā)明專利]一種多層界面涂層及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811542939.5
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109608208B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖春景;董紹明;胡建寶;靳喜海;張翔宇;何平;丁玉生
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/628
• 分類號: C04B35/628;C04B35/80
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種多層界面涂層及其制備方法和應(yīng)用，所述多層界面涂層包括依次交替形成在所述基底表面的SiBN涂層和Si₃N₄涂層，所述SiBN涂層的層數(shù)n≥1，優(yōu)選為2～5。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多層界面涂層及其制備方法和應(yīng)用，屬于陶瓷基復(fù)合材料界面相領(lǐng)域。

背景技術(shù)

連續(xù)纖維增強陶瓷基復(fù)合材料主要有C/C、C/SiC和SiC/SiC三大類，其具有低密度、耐化學(xué)腐蝕、高比強度、高比模量、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性能，目前在航空、航天、核能等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，相較于前兩類復(fù)合材料，SiC/SiC復(fù)合材料由于采用了SiC纖維作為增強相，其相對于碳纖維擁有良好的抗氧化性能，因此是目前航空領(lǐng)域陶瓷基復(fù)合材料所主要采用的增強相，以航空發(fā)動機為例，目前采用SiC/SiC復(fù)合材料已經(jīng)應(yīng)用于發(fā)動機的尾噴管密封件及調(diào)節(jié)片、導(dǎo)向葉片、燃燒室內(nèi)襯、渦輪外環(huán)等部件，這些部位需承受中溫中等載荷，甚至承受高溫中等載荷。對于處于高溫高等載荷的轉(zhuǎn)子葉片等，它所承受的環(huán)境更為苛刻，對陶瓷基復(fù)合材料的性能也提出了更高的要求。界面相作為陶瓷基復(fù)合材料中的重要組元，對于材料的整體性能起著至關(guān)重要的作用，所以越來越多的研究工作者將研究重點放在了對界面相組成、結(jié)構(gòu)及制備方面。

界面相在陶瓷基復(fù)合材料的使用過程中起著保護(hù)纖維免受氧化及化學(xué)侵蝕、傳遞載荷、防止纖維脆性斷裂、緩解纖維和基體間熱應(yīng)力等重要作用，目前常用的界面相主要由PyC界面、BN界面、(C/SiC)n復(fù)合界面、(BN/SiC)n復(fù)合界面等界面，PyC界面由于其特殊的層狀晶體結(jié)構(gòu)賦予了其良好的性能，在承受載荷的過程中可以起到裂紋偏轉(zhuǎn)的作用，可以良好的改善復(fù)合材料的強度和韌性，然而其在370℃便開始氧化，500℃大量氧化，氧化生成CO揮發(fā)掉，造成纖維和基體之間界面相的缺失，使得纖維基體之間結(jié)合過強，材料脆性斷裂；BN界面作為另一種層狀晶體結(jié)構(gòu)材料，可以在更高溫度下使用，氧化初始溫度可以高達(dá)850℃，在干氧環(huán)境下，BN可以與氧氣反應(yīng)生成具有粘稠性的B₂O₃液體，具有一定的流動性，可以愈合材料中存在的裂紋和孔隙，阻止氧進(jìn)一步進(jìn)入材料內(nèi)部，避免了材料的失效，提高了材料的使用溫度和壽命；同時它還擁有良好的化學(xué)惰性，不會與絕大多數(shù)物質(zhì)反應(yīng)，是一種良好的界面相材料，然而在水氧環(huán)境下，BN界面極易水解生成HBO₃、H₃BO₃等氣態(tài)硼氫化物揮發(fā)掉，造成纖維基體間結(jié)合過強，材料失效。而(C/SiC)n復(fù)合界面和(BN/SiC)n復(fù)合界面雖然都可以提高材料的抗氧化性能，但是由于緊鄰纖維表面的依然是傳統(tǒng)的C、BN界面，所以當(dāng)空氣中的氧通過裂紋擴(kuò)展到纖維表面時，C、BN界面會和氧氣發(fā)生反應(yīng)揮發(fā)掉，容易造成界面氧化水解失效，進(jìn)而導(dǎo)致材料脆性斷裂，材料無法長時間穩(wěn)定的運行在高溫潮濕有氧環(huán)境條件下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服上述傳統(tǒng)單層界面(C、BN)及多層界面((C/SiC)n和(BN/SiC)n)所存在的抗氧化性能差、無法長時間保護(hù)材料免受水氧環(huán)境侵蝕等問題，制備出一種物理和化學(xué)兼容性良好、可應(yīng)用于大型陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件的(SiBN/Si₃N₄)n多層界面，還相應(yīng)提供了一種制備工藝簡單、可重復(fù)性操作、組成成份均勻、材料組成厚度及層數(shù)可控的制備方法。

一方面，本發(fā)明提供了一種多層界面涂層，包括依次交替形成在所述基底表面的SiBN涂層和Si₃N₄涂層，所述SiBN涂層的層數(shù)n≥1，優(yōu)選為2～5。