[發(fā)明專利]一種激光裂解聚碳硅烷先驅(qū)體制備SiC/Al2

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010400617.8
• 申請(qǐng)日: 2020-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN111676469A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李恩重;郭偉玲;劉軍;于鶴龍;王紅美;尹艷麗;周新遠(yuǎn);宋占永;劉曉亭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍陸軍裝甲兵學(xué)院
• 主分類號(hào): C23C18/14
• 分類號(hào): C23C18/14
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發(fā)明涉及一種激光裂解聚碳硅烷先驅(qū)體制備SiC/Al₂O₃復(fù)相陶瓷涂層的方法。以聚碳硅烷為先驅(qū)體，以SiC顆粒為惰性填料、以Al粉為活性填料，減少?gòu)?fù)相陶瓷涂層體積收縮和空隙率。該方法先制備含有惰性填料和活性填料的先驅(qū)體漿料，用浸漬?提拉、刷涂或噴涂的方法將漿料涂覆在經(jīng)過(guò)處理的基體材料表面，在惰性氣體保護(hù)下對(duì)涂覆層進(jìn)行激光掃描，實(shí)現(xiàn)陶瓷化轉(zhuǎn)變，得到SiC/Al₂O₃復(fù)相陶瓷涂層。本發(fā)明簡(jiǎn)便、制備周期短、效率高，低成本、高效益，激光掃描對(duì)基體的形狀和組織性能不會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，惰性填料和活性填料的加入有效抑制了陶瓷涂層中空隙的形成，陶瓷涂層表面光滑且空隙率低，具有較高的硬度、優(yōu)異的耐磨減摩性能。本發(fā)明解決單純鐵基金屬材料難以在某些工況下可靠服役。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用激光裂解在鐵基金屬表面制備制備具有優(yōu)異耐磨、抗氧化和機(jī)械性能的SiC/Al₂O₃復(fù)相陶瓷涂層的方法，屬于先進(jìn)陶瓷涂層制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高新技術(shù)和工業(yè)現(xiàn)代化的持續(xù)高速發(fā)展使得各種機(jī)械零部件的工作條件日益苛刻，要求材料必須具有耐高溫、耐腐蝕、抗震動(dòng)、抗疲勞、抗溫度急變以及耐沖刷等性能，以致單純的金屬材料難以滿足要求。在金屬零部件表面制備高性能的涂層材料并賦予其特殊功能，已成為解決金屬零部件在苛刻工況下可靠服役的有效途徑。針對(duì)零部件不同的服役條件和失效特點(diǎn)，選擇不同的陶瓷材料體系，并采用適當(dāng)工藝技術(shù)在金屬基體表面制備一層均勻致密、結(jié)合牢固的復(fù)合保護(hù)涂層，將金屬材料較高的強(qiáng)度、韌性和良好的工藝性與陶瓷材料優(yōu)異的耐磨、耐蝕及化學(xué)穩(wěn)定性有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，可大幅度提高金屬零部件的使用壽命。非氧化物-氧化物復(fù)合材料已成為復(fù)合材料發(fā)展的一個(gè)重要方向，在單相材料中添加第二相制成復(fù)合材料，利用材料間各物質(zhì)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可有效提高材料的性能，將SiC陶瓷和Al₂O₃陶瓷兩種材料復(fù)合，可得到力學(xué)性能優(yōu)異的SiC/Al₂O₃復(fù)相陶瓷涂層。

目前，陶瓷涂層的制備方法主要有高速火焰熱噴涂法、等離子熱噴涂法、化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠法、電致發(fā)熱法、先驅(qū)體轉(zhuǎn)化陶瓷法等，其中先驅(qū)體轉(zhuǎn)化陶瓷法是一種原位制備先進(jìn)陶瓷涂層的新型方法。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化陶瓷法利用先驅(qū)體聚合物良好的流動(dòng)性、成型性、可加工性以及結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)，將先驅(qū)體漿料涂覆在基體材料上，在基體材料表面形成陶瓷涂層。傳統(tǒng)的先驅(qū)體轉(zhuǎn)化陶瓷法是將先驅(qū)體置于加熱爐中熱解使其轉(zhuǎn)化為陶瓷涂層，但熱解時(shí)間長(zhǎng)且能耗較大，同時(shí)影響基體材料的性能。激光具有能量密度高、功率可控、快速熔化和凝固等特點(diǎn)，激光裂解迅速、加熱均勻。同時(shí)，激光具有獨(dú)特的精密性和局部熱作用，可在高分子材料或金屬鋁等熔點(diǎn)低的材料表面制備陶瓷涂層。因此，利用激光作為聚合物先驅(qū)體裂解的熱源，在不影響基體材料性能的同時(shí)在其表面快速、原位制備高質(zhì)量的陶瓷涂層是先驅(qū)體轉(zhuǎn)化陶瓷法制備先進(jìn)陶瓷涂層的新途徑。

在先驅(qū)體轉(zhuǎn)化陶瓷法中，由先驅(qū)體聚合物向陶瓷涂層的轉(zhuǎn)化過(guò)程中伴隨著由密度變化引起的空隙收縮的形成，在陶瓷涂層中產(chǎn)生殘余應(yīng)力，使制備的涂層出現(xiàn)裂紋。在先驅(qū)體中加入惰性填料和活性填料可抑制和彌補(bǔ)先驅(qū)體聚合物裂解過(guò)程中的體積收縮，減小涂層孔隙率。惰性填料SiC顆粒在先驅(qū)體裂解過(guò)程中質(zhì)量和體積都不發(fā)生變化，可抑制陶瓷涂層的體積收縮。活性Al粉由單質(zhì)Al轉(zhuǎn)變?yōu)锳l₂O₃過(guò)程中體積發(fā)生膨脹，可完全或部分補(bǔ)償聚合物向陶瓷轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的體積收縮，而且可吸收體系中的氧元素，減少氧陶瓷涂層力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性的影響。

發(fā)明內(nèi)容