[發明專利]基于微孔骨架結構制備SiC/SiC-HfB2

有效

• 申請號: 202111108932.4
• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN113845379B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 張雨雷;朱肖飛;張建;陳睿聰
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種基于微孔骨架結構制備SiC/SiC?HfB₂雙相鑲嵌抗氧化涂層及制備方法，用于解決現有方法制備的超高溫陶瓷HfB₂相在涂層中分布不均勻和涂層富含低熔點游離硅的問題，以期提高碳/碳復合材料在高溫下的長壽命抗氧化性能。本發明的技術方案是先通過固滲反應燒結在C/C復合材料表面制備SiC內涂層，然后在SiC內涂層表面采用超音速等離子噴涂制備含有SiO₂空心微球的SiC?HfB₂涂層，再經高溫熱處理將SiO₂空心微球揮發掉后生成微孔HfB₂骨架層，最后經過低溫化學氣相滲透工藝將SiC填充于該微孔骨架層中，最終制備出了HfB₂均勻分布、不含游離硅、致密的SiC?HfB₂抗氧化涂層。

技術領域

本發明屬于C/C復合材料抗氧化涂層領域，涉及一種基于微孔骨架結構制備 SiC/SiC-HfB₂雙相鑲嵌抗氧化涂層及制備方法，具體涉及一種在C/C復合材料表面基于微孔骨架結構制備SiC/SiC-HfB₂雙相鑲嵌抗氧化涂層的方法。

背景技術

C/C復合材料是一種非常有潛力應用在航空航天等領域的超高溫熱結構材料，除了因為該材料具有低密度、高比強、耐沖擊和摩擦等優良性能外，還具有在高溫惰性環境下依然保持很高的力學性能特性。然而C/C復合材料在高于450℃有氧環境下發生快速氧化而導致C/C復合材料的力學性能大幅下降。目前表面涂層技術是解決C/C 復合材料氧化問題的一種非常有效的手段，其中超高溫陶瓷HfB₂改性硅基陶瓷涂層得到許多研究者的關注。因為SiC-HfB₂陶瓷涂層在高溫氧化時會生成由HfO₂,HfSiO₄和SiO₂組成的復合玻璃層，該復合玻璃層不但具有優異的阻氧擴散能力，而且鑲嵌在玻璃層中的這些鉿基氧化物在高溫環境下可以抑制SiO₂的揮發和阻礙裂紋的擴展。文獻1“P.P.Wang,H.J.Li,J.Sun,R.M.Yuan,L.X.Zhang,Y.L.Zhang,T.Li,The effect of HfB₂ content on the oxidation andthermal shock resistance of SiC coating,Surf.Coat.Tech. 339(2018)124-131.”用包埋法制備了SiC-HfB₂陶瓷涂層，該涂層在1500℃高溫抗氧化性能明顯優于碳化硅涂層，但該涂層中HfB₂的分布不均勻且多浮于涂層表面，在 1700℃高溫環境下，氧化生成的鉿基氧化物分布也不均勻，導致缺少鉿基氧化物區域中的SiO₂玻璃快速揮發產生空洞導致涂層失效。中國專利申請CN112409025A“一種具有SiC-HfB₂-Si單層復合涂層的碳/碳復合材料的制備方法”用料漿+氣相滲硅法制備了SiC-HfB₂-Si陶瓷涂層。雖然該方法提高了HfB₂在涂層中的分布均勻性，但涂層中含有大量的硅，在面對1500℃以上溫度的熱空氣時，硅會快速熔化(硅的熔點為1414℃)而揮發甚至升華留下空洞，導致涂層會被迅速消耗而失效。因此，如何有效解決SiC涂層中HfB₂的分布不均勻和富硅的問題，是提高SiC-HfB₂涂層抗氧化性能的關鍵前提。

發明內容

要解決的技術問題