[發明專利]一種激光輻照快速制備碳材料表面抗氧化納米SiC涂層的方法

在審

• 申請號: 202010098390.6
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111393186A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 駱芳;蔣榮杰;沈逸周;盧獻鋼;葉琛
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學之江學院;浙江工業大學
• 主分類號: C04B41/87
• 分類號: C04B41/87
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明提供一種激光輻照快速制備碳材料表面抗氧化納米SiC涂層的方法，步驟為：制備預處理碳材料基板；制備涂覆預制涂層：將SiC微粉、粘結劑和有機溶劑按照2：0.1～1：1～4的比例混合后，經研磨、超聲分散、磁力攪拌形成均勻的料漿，將該料漿均勻涂刷在碳材料基板表面，形成預制涂層，然后進行烘干處理；在氣氛保護裝置中洗氣；激光處理：打開激光制造系統，以SiC顆粒與碳材料物性參數為參考值，選取激光工藝參數對涂覆有預制涂層的碳材料基板進行激光輻照，與傳統技術相比，本發明提供的方法效率更高，工藝控制簡單，環保性好。

技術領域

本發明屬于激光輻照制備涂層技術領域，具體涉及一種激光輻照快速制備碳材料表面抗氧化納米SiC涂層的方法。

背景技術

碳材料具備低密度、低熱膨脹系數、高氣化溫度、高熱導率和良好的抗熱燒蝕及抗熱震性能，是一種優異的熱結構-功能一體化工程材料，廣泛應用在航空航天、民用等領域。但是研究表明：碳材料在450℃以上高溫有氧環境下就開始逐漸氧化，且氧化速率隨溫度的升高而快速增加，受氧化的碳材料的力學性能會大幅下降。然而實際應用中，碳材料所處的環境通常是高溫有氧的情況，這極大的限制了其應用范圍。

SiC具有優異的物理化學性能,如熔點高、硬度高、耐腐蝕、抗氧化、斷裂韌性低、熱膨脹系數低等,且與碳材料的熱膨脹系數差異較小，兩者具有良好的物理化學相容性。將SiC應用在復合材料的表面形成涂層結構可有效提升復合材料的高溫抗氧化性能。傳統抗氧化涂層的制備方法主要是利用難熔氧化物、碳化物、氮化物和高熔點金屬等材料，通過包埋浸漬法、化學氣相沉積法、溶膠-凝膠法、原位生成法、表面快速燒結法和等離子噴涂法等在碳材料表面制備致密的抗氧化涂層，來阻止、延緩碳材料氧化反應傳質過程的發生。然而，上述這些工藝的制備條件大都比較苛刻，如存在需添加催化劑、制備溫度較高且較難控制、制備周期往往需要4小時以上、污染環境等問題。

激光作為一種清潔的能源，具有可控性好、可重復性好、清潔無污染等特點，使得其成為制備納米涂層的重要研究方向之一。以激光輻照制備涂層是指首先在放置于工作臺上的基體表面鋪一層粉末，然后在計算機控制下沿二維軌跡采用激光束輻照，使預置的微米顆粒瞬間氣化，在密閉室內與惰性氣體快速達到過飽和狀態，隨著激光掃描的進行，先前掃描區域的溫度瞬時降低，使氣化的飽和碳化硅沉積在碳材料表面形成納米涂層。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明所要解決的關鍵性技術問題是提供一種新型的激光輻照SiC顆粒快速制備碳材料表面納米SiC涂層的方法，它可以有效抑制碳材料在高溫環境中的氧化行為，且可以避免傳統的SiC涂層制備工藝條件苛刻，如需添加催化劑、制備溫度較高且較難控制、制備周期往往需要4小時以上、污染環境等問題。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案為：一種激光輻照微米SiC顆粒快速制備碳材料表面納米SiC涂層的方法，包括如下步驟：

(1)制備并預處理碳材料基板：將碳材料基體表面用SiC砂紙打磨后在去離子水中超聲清洗，進行烘干處理；

(2)預置涂層的制備：將涂層主要原料SiC微粉、粘結劑和有機溶劑按照2：0.1～1：1～4的比例混合后，經研磨、超聲分散、磁力攪拌形成均勻的料漿。采用涂刷法在碳材料基板表面形成均勻的預涂層，涂粉厚度約為0.3～0.5mm，再進行烘干處理；

(3)外加氣氛保護裝置及洗氣：將涂覆有涂層漿料的碳材料基板置于上端具有激光可透過視窗的氣氛保護裝置工作臺上，通入惰性保護氣體，充換氣2～3次以完成洗氣并保持保護氣流通狀態。

(4)激光處理：打開激光制造系統，根據SiC顆粒與碳材料物性轉變參數為參考值，初步選取激光工藝參數對涂層進行激光輻照。