[發明專利]一種穩定性能優異的(Ta,Hf,Zr)C復合涂層的制備方法

有效

• 申請號: 202110052656.8
• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN112899650B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 李忠盛;吳護林;叢大龍;何慶兵;陳大軍;趙子鵬;田武強
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業第五九研究所
• 主分類號: C23C16/44
• 分類號: C23C16/44;C23C16/32
• 代理公司: 重慶晶智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 50229
• 代理人: 李靖

本發明涉及一種穩定性能優異的(Ta,Hf,Zr)C復合涂層的制備方法，其依次包括以下步驟：（1）在氬氣保護手套箱內，配制并盛裝TaCl₅、HfCl₄和ZrCl₄混合粉末；（2）將基體樣品放在沉積爐內，排除空氣，再升溫；（3）雙溫區氣化爐放入混合粉末，設定低、高溫區的加熱溫度；（4）通入H₂、CH₄，以及完全氣化后的混合氣體，在常壓條件下沉積；（5）沉積完成后，關閉H₂、CH_4，以及沉積爐和雙溫區氣化爐，降溫取出樣品。該制備方法能夠精確控制反應源比例，且能保證與基體材料結合緊密牢固、穩定性能優異，適用于石墨、碳?碳復合材料等超高溫防護。

本申請是針對申請號為201910242863.2、發明名稱為“一種多元復合碳化物涂層的制備方法”的分案申請。

技術領域

本發明涉及C/C復合材料和石墨等材料的表面超高溫防護，尤其涉及一種穩定性能優異的(Ta,Hf,Zr)C復合涂層的制備方法。

背景技術

目前，國內外廣泛采用在C/C復合材料表面制備碳化物涂層，來提高C/C復合材料的抗高溫燒蝕性能。例如，制備SiC、TaC、HfC等單一涂層，這些涂層具有較好的耐高溫特性，且各種耐高溫涂層材料都有不同的優點，但均適合用于2000度以下的高溫；以及制備 (Ta,Hf)C、(Hf,Zr)C等復相涂層，適合用于3000度以下的高溫。復相涂層通過合理的成分設計，可使涂層內的各物相組元發揮協同作用，有效提高C/C復合材料的使用溫度。作為制備復相涂層的重要手段，化學氣相沉積技術具有可設計性強、涂層純度高、反應氣氛可控、操作簡單等優點。目前，采用化學氣相沉積方法制備三組元及以上復合涂層，進一步提高涂層抗燒蝕防護能力，成為超高溫陶瓷涂層的研究熱點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種穩定性能優異的(Ta,Hf,Zr)C復合涂層的制備方法，該制備方法能夠精確控制反應源比例，且能保證與基體材料結合緊密牢固、穩定性能優異，適用于石墨、碳-碳復合材料等超高溫防護。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種穩定性能優異的(Ta,Hf,Zr)C復合涂層的制備方法，其特征在于，依次包括以下步驟：

（1）在氬氣保護手套箱內，將TaCl₅、HfCl₄和ZrCl₄混合粉末，盛裝入氧化鋁坩堝內；其中TaCl₅、HfCl₄和ZrCl₄按質量百分比分別為55%、35%和10%配制；

（2）將基體樣品放置在沉積爐支架上，并向沉積爐內通入流量為200ml/min的氬氣30min，以排除爐內空氣；再以5～20℃/min的升溫速率加熱沉積爐達到沉積溫度1300℃；

（3）將盛有TaCl₅、HfCl₄和ZrCl₄混合粉末的坩堝放入雙溫區氣化爐中的低溫區的升降支架上，升高升降支架使坩堝口部與高溫區連通，設定雙溫區氣化爐中低溫區（氣化區）的加熱溫度為320℃，高溫區（混合區）的加熱溫度為550℃，加熱使混合粉末完全氣化；

（4）向沉積爐內通入流量為500ml/min的H₂、流量為100ml/min的CH₄，并在雙溫區氣化爐中高溫區底部通入以流量為180ml/min的氬氣作為運載氣體，將完全氣化后得到的TaCl₅、HfCl₄和ZrCl₄的混合氣體通入沉積爐內，在常壓條件下沉積時間為2h；

（5）涂層沉積完成后，關閉H₂、CH₄，并在氬氣保護下關閉沉積爐和雙溫區氣化爐加熱電源，至爐溫降低至200℃以下時取出樣品。