[發明專利]一種金屬網格優化的抗燒蝕ZrHfC/SiC復相陶瓷涂層的制備方法及抗燒蝕復合材料

有效

• 申請號: 202010105647.6
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111233518B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 孫威;許俊杰;熊翔
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉穎

本發明提供了一種金屬網格優化的抗燒蝕ZrHfC/SiC復相陶瓷涂層的制備方法及抗燒蝕復合材料，該方法包括：S1、將高熔點金屬網和包含Hf粉的漿料無次序地置于炭基體上，經干燥處理形成預制涂層；S2、采用包含Zr粉和Si粉的混合粉料，在形成預制涂層的基體上通過加熱蒸鍍并反應，得到抗燒蝕ZrHfC/SiC復相陶瓷涂層。所述抗燒蝕ZrHfC/SiC復相陶瓷涂層中含有Zr_xHf_1?xC、高熔點金屬硅化物、ZrSi₂和SiC相，外層主要為Zr_xHf_1?xC，高熔點金屬硅化物和ZrSi₂相彌散分布于涂層中部，SiC相分布在基體與外層間。本發明能制備耐高溫、抗燒蝕ZrHfC/SiC復相陶瓷涂層，工藝簡單高效。

技術領域

本發明屬于耐高溫抗燒蝕復合材料制備技術領域，尤其涉及一種金屬網格優化的抗燒蝕ZrHfC/SiC復相陶瓷涂層的制備方法及抗燒蝕復合材料。

背景技術

隨著航天工業的發展，其對超高溫結構材料的需求愈加迫切。C/C復合材料具有密度低、熱膨脹系數低、抗熱震性能好等優點，是一種極具吸引力的超高溫結構材料。但是，C/C復合材料在有氧高溫環境(653K)下容易氧化，并且氧化速率隨著溫度升高迅速加快，這極大的限制了C/C復合材料在超高溫結構材料方面的應用與發展。為了增加C/C復合材料在高溫有氧環境下的服役時長，有必要在C/C復合材料表面制備抗燒蝕涂層。

以往傳統的抗燒蝕涂層一般是單一相的陶瓷涂層；其中，碳化物超高溫陶瓷由于高熔點、高硬度、化學性質穩定、優異的抗燒蝕性能等優點被廣泛的研究。在過渡金屬碳化物陶瓷中，碳化鋯(ZrC)、碳化鉿(HfC)是近年來備受關注的化合物，它們在超高溫下具有一系列優異的性能例如高熔點、極好的相穩定性、低的氧擴散系數。另外，它們的氧化物ZrO₂、HfO₂具有高的熔點(ZrO₂熔點2700℃，HfO₂熔點2812℃)，并且在超高溫下蒸氣壓低。因此，ZrC、HfC是制備涂層的優異備選材料。

但是，熱膨脹系數ZrC≈6.7×10^-6℃^-1，HfC≈6.73×10^-6℃^-1，ZrC、HfC與C/C基體之間均存在明顯的熱膨脹系數不匹配的問題，從室溫向超高溫過度的過程中其不可避免的會出現裂紋等缺陷。為了解決這一問題，一些學者考慮將碳化硅(SiC)引入涂層中，這樣可以在一定程度上緩解涂層熱膨脹系數不匹配的問題。目前，他們多使用包埋法預先在基體上制備一層SiC內層，再在外部制備超高溫陶瓷涂層。然而，這種兩步制備法意味著涂層需承受多次熱震，使得涂層與基體連接處易產生應力集中。因此，單純的使用SiC內層難以很好的解決上述問題。

發明內容

有鑒于此，本申請提供一種金屬網格優化的抗燒蝕ZrHfC/SiC復相陶瓷涂層的制備方法及抗燒蝕復合材料，本發明方法制備的陶瓷涂層可在高溫有氧環境下長時間保護C/C基體，并且涂層低應力，與基體結合強度提高。

本發明提供一種金屬網格優化的抗燒蝕ZrHfC/SiC復相陶瓷涂層的制備方法，包括以下步驟：

S1、將高熔點金屬網和包含Hf粉的漿料無次序地置于炭基體上，經干燥處理形成預制涂層；

S2、采用包含Zr粉和Si粉的混合粉料，在形成預制涂層的基體上通過加熱蒸鍍并反應，得到抗燒蝕ZrHfC/SiC復相陶瓷涂層；

所述抗燒蝕ZrHfC/SiC復相陶瓷涂層中含有Zr_xHf_1-xC、高熔點金屬硅化物、ZrSi₂和SiC相。具體地，所述抗燒蝕ZrHfC/SiC復相陶瓷涂層具有多層結構，外層主要為Zr_xHf_1-xC，高熔點金屬硅化物和ZrSi₂相彌散分布于涂層中部，SiC相分布在基體與外層之間形成過渡層。