[發(fā)明專利]具有環(huán)境熱障涂層MTaO4

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011182267.9
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112279685A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王峰;汪俊;利建雨;李振軍;馮晶
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西天璇涂層科技有限公司
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89
• 代理公司: 重慶強大凱創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50217
• 代理人: 李靜

本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了具有環(huán)境熱障涂層MTaO₄的石墨基復(fù)合材料及其制備方法，稱取單晶硅、氧化鋁、氫氧化鋁、磷酸二氫鋁和氧化鈣，與無水乙醇一起進行球磨，混合均勻后與石墨基體一起放入烘箱中恒溫浸泡，待干燥后進行煅燒，使石墨基體表面形成過渡層；采用大氣等離子噴涂的方法將MTaO₄粉末噴涂到過渡層表面，形成表面噴涂有MTaO₄陶瓷涂層的石墨基復(fù)合材料。本發(fā)明得到的石墨基復(fù)合材料熱導(dǎo)率在0.60～0.83W·m^?1·K^?1之間，滿足超高溫(2000℃)以上的使用環(huán)境，過渡層的制備加強了涂層與基體的結(jié)合強度，提高了涂層的力學(xué)性能和使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及具有環(huán)境熱障涂層MTaO₄的石墨基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

環(huán)境障礙涂層(Environment barrier coating，EBC)能夠解決構(gòu)件在燃氣環(huán)境中長時間腐蝕和氧化的問題，是目前航空發(fā)動機材料研究的熱點，隨著我國航空航天事業(yè)的不斷進步和發(fā)展，高推重比發(fā)動機已成為航空發(fā)動機發(fā)展的重點。高推重比發(fā)動機的核心技術(shù)是提高渦輪前進口溫度和減小結(jié)構(gòu)質(zhì)量，然而，傳統(tǒng)的高溫合金材料不僅質(zhì)量大，耐溫極限有限，越來越難以滿足更高要求的航空發(fā)動機。

石墨具有優(yōu)良的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、耐腐蝕等物理化學(xué)屬性，是我國重要的礦產(chǎn)戰(zhàn)略資源，廣泛應(yīng)用于鋼鐵冶煉、航空、航天等多個領(lǐng)域，目前主要作為冶金工業(yè)高級耐火涂料的原材料，也作為生產(chǎn)形狀簡單、低附加值石墨制成品如鎂碳磚、石墨坩堝、石墨器皿、石墨密封墊等。然而，石墨件內(nèi)部疏松多孔，致密度不佳，在高于500℃，有氧條件下容易氧化，且溫度越高氧化質(zhì)量損失越明顯，使其迅速燒損，各項物理及力學(xué)性能迅速惡化，尺寸發(fā)生變化，表面結(jié)構(gòu)遭受破壞，從而難以作為耐高溫材料直接使用。目前，高溫抗氧化研究主要針對是人造石墨，提升人造石墨高溫抗氧化能力的工藝方法主要有基體改性、浸漬法和涂層防護法。

朱泮民等采用浸漬法將磷酸和氫氧化鋁的混合液浸漬到石墨電極中，在1000℃氧化質(zhì)量損失率僅有4.5％。涂層保護法是在石墨材料表面制備一層抗氧化涂層，利用這層抗氧化涂層將空氣和石墨基體隔離，以阻擋氧氣向基體中擴散，從而使石墨材料具有一定的高溫?zé)岱€(wěn)定性；Wang采用充填膠結(jié)法在石墨試樣上制備了ZrB₂-SiC復(fù)合涂層，在1500℃經(jīng)過300min 氧化后，試樣質(zhì)量損失率達到了20.2％；Jafari等采用包埋法和電泳沉積法在石墨基體表面制備了雙層SiC涂層，并且在1600℃保溫28h質(zhì)量損失率僅有2.4％。吳海華等人報道了選擇性激光燒結(jié)石墨件的抗氧化性能，通過改變石墨/酚醛樹脂混合粉末的組成以及石墨件后處理工藝來提高其高溫抗氧化性能，并考察了石墨件在900～1100℃的抗氧化性能。中國專利CN110950681A公開了一種石墨抗氧化涂層的制備方法，獲得可耐1400～1800℃的抗氧化涂層，中國專利CN201811361451.2公開了一種石墨抗氧化材料及石墨材料及制備方法，制備出一種1800℃耐高溫抗氧化石墨復(fù)合新材料，但是對更高溫度，特別是2000℃以上的超高溫抗氧化耐燒蝕性還急需更多的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了具有環(huán)境熱障涂層MTaO₄的石墨基復(fù)合材料及其制備方法，以得到能夠在2000℃以上超高溫具備良好耐燒蝕能力的復(fù)合材料。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

具有環(huán)境熱障涂層MTaO₄的石墨基復(fù)合材料，包括石墨基體，其特征在于：所述石墨基體上依次設(shè)有過渡層和MTaO₄陶瓷涂層，所述過渡層的成分包括碳化硅、氧化鋁、氫氧化鋁、磷酸二氫鋁和鋁硅酸鹽。

本技術(shù)方案的技術(shù)原理和效果在于：