[發(fā)明專利]一種ZrB2

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911191872.X
• 申請(qǐng)日: 2019-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN110790587B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任宣儒;王煒光;馮培忠;褚洪傲;武科佑;張安妮;孫科;胡昱雯;馬燦;陳玥榮;葉凡;王杉;孫雷昊;許穎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B41/87
• 分類號(hào): C04B41/87;C04B35/58;C04B35/622
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧道花

本發(fā)明公開一種ZrB₂?MoSi₂?SiC超高溫陶瓷抗氧化涂層的制備方法，屬于抗氧化涂層的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以ZrB₂、MoSi₂、SiC粉末為原料，在碳基試樣表面以放電等離子燒結(jié)的方式，直接制備組分和厚度可控，組織細(xì)小、均勻致密且無明顯缺陷的ZrB₂?MoSi₂?SiC超高溫陶瓷抗氧化涂層，通過涂層保護(hù)提高碳基材料高溫抗氧化性能。本發(fā)明通過控制復(fù)合粉體配比及添加量來實(shí)現(xiàn)對(duì)涂層組分及厚度的控制；通過調(diào)整放電等離子燒結(jié)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)ZrB₂?MoSi₂?SiC涂層致密性及與碳基體結(jié)合強(qiáng)度的調(diào)控。與傳統(tǒng)無壓類燒結(jié)制備涂層的方法相比，本發(fā)明得到的抗氧化涂層組分及厚度可控、致密度高、制備時(shí)間短、工藝簡(jiǎn)單，實(shí)用價(jià)值高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高溫陶瓷抗氧化涂層的制備方法，特別是一種碳材料表面ZrB₂-MoSi₂-SiC超高溫陶瓷抗氧化涂層的制備方法。

背景技術(shù)

碳結(jié)構(gòu)材料（石墨或碳碳復(fù)合材料）有著良好的耐高溫性能，在無氧條件下碳結(jié)構(gòu)材料可以承受3000℃以上的高溫，同時(shí)具有高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性，密度低，高比模量、比強(qiáng)度高，震動(dòng)衰減率小等性能。由于其以上諸多優(yōu)點(diǎn)，其在日常生活以及航天航空領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用。但碳結(jié)構(gòu)材料的局限性在于其抗氧化性差，在400℃以上的空氣中便會(huì)與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使碳結(jié)構(gòu)材料制品失效。因此，碳材料在應(yīng)用中的關(guān)鍵點(diǎn)是防氧化。目前，在碳材料的表面制備抗氧化涂層是碳材料防氧化的有效途徑。抗氧化涂層不僅需要有效地隔絕碳材料和氧氣，還需要擁有良好的耐高溫、抗氧化、高致密度等性能。而且，隨著碳材料應(yīng)用的日趨廣泛，碳材料制品必須具備寬溫域抗氧化的能力。

在諸多抗氧化涂層中，超高溫陶瓷硼化物ZrB₂與SiC組成的復(fù)合涂層在氧化時(shí)可以生成具有不同熔點(diǎn)和防護(hù)溫區(qū)范圍的多組分氧化產(chǎn)物，并形成一層可以自愈合密封缺陷且致密穩(wěn)定的復(fù)合玻璃相，呈現(xiàn)了極大的寬溫域氧化防御潛力。Kircher等在“Engineeringlimitations of MoSi2 coatings”中報(bào)道了MoSi₂在作為高溫氧化防護(hù)涂層時(shí)，可以在寬溫域下充分保護(hù)基體。由于MoSi₂相具有優(yōu)異高溫抗氧化能力，其作為改性相可以有效提升ZrB₂-SiC涂層在超高溫下的防氧化效果，因此本發(fā)明通過在ZrB₂-SiC涂層中加入MoSi₂相，通過多組分涂層組元在防氧化過程中的協(xié)同效應(yīng)，增強(qiáng)涂層在寬溫域下的穩(wěn)定性。

目前，在碳材料表面制備ZrB₂-MoSi₂-SiC涂層的方法主要為包埋法、原位反應(yīng)法和等離子噴涂法等。傳統(tǒng)反應(yīng)法雖然具有成本較低、簡(jiǎn)單易行、合成相均勻分布等優(yōu)點(diǎn)，但因其涂層中ZrB₂-MoSi₂-SiC的含量以及涂層的厚度難以控制、涂層疏松易脫落等缺點(diǎn)，得不到較好的抗氧化性能。而放電等離子燒結(jié)法以其低溫?zé)釅嚎鞜膬?yōu)點(diǎn)吸引了眾多關(guān)注。用該種方法制備的涂層解決了傳統(tǒng)工藝無法解決的問題，制備出的內(nèi)層結(jié)合緊密、不易脫落，且制備周期短、使用壽命長(zhǎng)、對(duì)基體的傷害小，最大程度保護(hù)了基體的力學(xué)性能、提高了碳材料的抗氧化性，實(shí)用性強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種于較低燒結(jié)溫度下在碳基材料表面快速燒結(jié)制備ZrB₂-MoSi₂-SiC超高溫陶瓷抗氧化涂層的方法，制備方法簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)ZrB₂-MoSi₂-SiC涂層組分、厚度、致密性和與碳基體結(jié)合強(qiáng)度的調(diào)控，增強(qiáng)碳基體的抗氧化能力。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

首先配置不同含量配比的MoSi₂、SiC、ZrB₂復(fù)合粉體，經(jīng)過均勻混合之后，在石墨磨具中用復(fù)合粉體包裹碳基體，再經(jīng)過放電等離子燒結(jié)合成涂層。