[發明專利]一種SiCf

有效

• 申請號: 202110331522.X
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113024283B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 陳招科;伍艷;熊翔;陳怡涵
• 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: 北京圣州專利代理事務所(普通合伙) 11818
• 代理人: 朱芳斌

本發明公開了一種SiC_f/SiC復合材料表面抗輻照抗空氣氧化復合涂層及其制備方法，所述復合涂層包括依次在SiC_f/SiC復合材料表面形成的內涂層和外涂層，所述內涂層的主要成分為MoSi₂、Si和Cr且含有C元素，所述外涂層為高純β?SiC。通過刷涂+一次CVD工藝制得。本發明所提供的復合涂層:一方面，外涂層充分滲入內涂層，涂層組織均勻致密，與SiC_f/SiC復合材料結合良好；另一方面，復合涂層的抗氧化、抗熱震性能和抗輻照性能優異，所得含復合涂層的SiC_f/SiC復合材料，在1400℃氧化10h后強度保留率大于92.20％，在1400℃至室溫熱循環30次后的強度與原始SiC_f/SiC復合材料相比提高了12.23％以上，在離子能量為6MeV的Si²⁺輻照后強度保留率為84.15％以上。

技術領域

本發明涉及一種SiC_f/SiC復合材料表面抗輻照抗空氣氧化復合涂層及其制備方法，屬于功能涂層技術領域。

背景技術

SiC_f/SiC復合材料是一種既可以用于高溫氧化燒蝕環境，又可用于中子輻照環境的優良陶瓷基復合材料，是空間堆核能發動機服役的重要候選材料，并在其它有特殊應用需求的核熱、核電推進系統中具有非常重要的應用前景。

然而，在高溫、腐蝕介質、燃氣沖刷以及復雜應用環境等多因素交互作用的發動機工作環境下，SiC_f/SiC復合材料表面氧化生成的致密SiO₂保護膜會與環境中的水蒸氣反應形成具有揮發性的Si(OH)x，主要是Si(OH)₄，導致材料性能衰退。為解決該問題，研究者通常在材料表面制備一層耐水氧腐蝕、抗熔鹽腐蝕以及其他環境因素損傷的涂層，稱為環境障礙涂層(Environmental Barrier Coating, EBC)。

EBC涂層的組成多為稀土氧化物，稀土硅酸鹽雖具有優良的抗水氧腐蝕性能、相穩定性以及高速燃氣環境中較低的揮發率，但稀土的中子吸收截面大，抗輻照性能差。因此，現有的EBC涂層體系并不能直接應用于抗輻照要求的空間堆核能發動機。

發明內容

針對現有高溫抗氧化涂層難以在輻照條件下使用，本發明提出一種SiC_f/SiC 復合材料表面抗輻照抗空氣氧化復合涂層及其制備方法，本發明所提供的涂層兼具優異的抗高溫氧化、抗輻照性能，可將含上述涂層的SiC_f/SiC復合材料用作空間特殊動力燃料堆芯結構件以及其他極端輻照環境下的工作組件。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明一種SiC_f/SiC復合材料表面抗輻照抗空氣氧化復合涂層，所述復合涂層包含內涂層與外涂層，所述外涂層為β-SiC層，所述內涂層，包含如下組成： MoSi₂、Si、Cr、C。

本發明中提供了一種雙層的復合涂層，通過內外雙層涂層的協同作用，使得涂層兼具優異的抗輻照、抗空氣氧化性能，外層為β-SiC層，作為復合材料的致密層及防腐蝕層，內層作為抗氧化防水氧腐蝕功能層。同時，內、外涂層均具有抗輻照功能。

在本發明的內涂層中，所選擇的主要元素均是具有低熱中子吸收截面的元素，從而使得涂層具有穩定的抗輻照性能，本發明的內涂層的成份組成與配比，是本發明具有抗輻照的關鍵，發明人發現，如果某種成份不在本發明的配方范圍內，不能達到本發明配方的功能，尤其是抗輻照的功能。

優選的方案，所述內涂層，按質量百分比計，其組成如下：Si 30～50％；MoSi₂ 20～40％；Cr 5～25％、C 5～20％。

進一步的優選，所述內涂層，按質量百分比計，其組成如下:Si 40％～50％；MoSi₂20～30％；Cr10～20％、C5～15％。