[發明專利]一種碳材料寬溫域防氧化抗沖刷復相陶瓷涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202111115652.6
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113735629B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 沙世強;呂會勇;崔學強;李娜;徐秀志;于帥;郭萬元;姜巖
• 申請（專利權）人: 沈陽先進涂層材料產業技術研究院有限公司
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司 21107
• 代理人: 馬維駿

1.一種碳材料寬溫域防氧化抗沖刷復相陶瓷涂層，其特征在于，包括以下重量份數組分：

10份-15份碳化硅、40份-50份其余粉料，30份-40份水溶性酚醛樹脂溶液，其余粉料為鉿、鋯、鉭和碳化硼粉的混合物；

包埋料組分包括：5份-10份聚乙烯醇溶液、70份-85份工業硅塊、10份-15份氮化硼粉；

所述碳化硅粒徑為5~10μm；

所述碳材料寬溫域防氧化抗沖刷復相陶瓷涂層，其制備方法包括以下制備步驟：

步驟1、將密度為1.78-1.82 g/cm³石墨塊切割成一定尺寸，然后進行打磨、去除棱角，用去離子水將處理好的石墨塊清洗干凈，然后將其烘干后備用，獲得石墨基體；

步驟2、依次將粉體碳化硅、碳化硼、鉿、鋯、鉭加入到酚醛樹脂水溶液中混合成料漿，并攪拌成無顆粒團聚均勻分散的料漿；

步驟3、將石墨基體浸入正在攪拌的料漿中2~5s，然后停止攪拌并將石墨基體取出，放在聚氨酯泡沫上自然風干，將干燥后的石墨基體放入120~180℃烘箱中使酚醛樹脂發生交聯反應，反應時間為15~30分鐘；將固化好的涂層石墨基放入石英管式爐中，并以1~5℃/min的速率升溫到710~1100℃使酚醛樹脂裂解成碳，獲得涂層預制體試樣；

步驟4、將工業硅塊與氮化硼粉進行混合，以聚乙烯醇溶液為粘結劑制備熔滲材料，混合均勻后在100~150℃烘箱中烘干備用；將涂層預制體放入石墨坩堝，然后把烘干后的硅塊和氮化硼滲料倒入石墨坩堝中，并將涂層預制體覆蓋；

步驟5、反應燒結過程在高溫爐中進行，燒結爐在真空狀態下升溫至1600~1900℃，升溫速率為5~8℃/min，保溫0.5~3小時，反應燒結后冷卻即在石墨表面獲得(Zr_xHf_1-x-yTa_y)B₂-SiC復相涂層；

所述復相涂層為(Zr_0.3Hf_0.3Ta_0.4)B₂-SiC或(Zr_0.4Hf_0.3Ta_0.3)B₂-SiC。

2.如權利要求1所述的一種碳材料寬溫域防氧化抗沖刷復相陶瓷涂層，其特征在于，所述水溶性酚醛樹脂溶液，其中酚醛樹脂質量占比為20-40%，其余為去離子水。

3.如權利要求1所述的一種碳材料寬溫域防氧化抗沖刷復相陶瓷涂層，其特征在于，碳化硼粒徑為230-325目，鉿、鋯和鉭粉的顆粒粒徑為3~5μm；鉿、鋯、鉭和碳化硼粉比例按照最終生成的超高溫陶瓷固溶體中各原子摩爾比進行配比，反應式為2xHf+2(1-x-y)Zr+2yTa+B₄C+Si→2(Hf_xZr_1-x-yTa_y)B₂+SiC，根據固溶體理論結合吉布斯自由能計算，該反應可在1600-1900℃范圍內順利進行。

4.如權利要求1所述的一種碳材料寬溫域防氧化抗沖刷復相陶瓷涂層，其特征在于，所述聚乙烯醇溶液濃度為5-8 wt%；工業硅塊粒徑為3~8mm，純度≥99%；氮化硼粒徑為3~5μm，純度≥99%。

5.如權利要求1所述的一種碳材料寬溫域防氧化抗沖刷復相陶瓷涂層，其特征在于，所述步驟1中的打磨采用400#或600#碳化硅砂紙，烘干溫度為130-180℃，時間為1-3小時。

6.如權利要求1所述的一種碳材料寬溫域防氧化抗沖刷復相陶瓷涂層，其特征在于，所述步驟2中粉料的質量為料漿總質量的40%~70%，水溶性酚醛樹脂為料漿總質量的10%~30%，其余為去離子水。

7.如權利要求1所述的一種碳材料寬溫域防氧化抗沖刷復相陶瓷涂層，其特征在于，所述步驟2中水性酚醛樹脂碳化后剩余質量≥45%。