[发明专利]炭/炭复合材料防氧化剂及热处理方法

说明书

技术领域

本发明属于炭/炭复合材料防氧化涂层技术领域，涉及一种炭/炭复合材料防氧化剂及热处理方法。

背景技术

炭材料在航空、航天、能源、化工、机械等众多领域有广泛的应用。在非氧化性气氛中可以使用到2000℃以上，但炭材料在大气中450℃以上就产生明显的氧化，并且随温度升高氧化速度急剧增加。

炭/炭复合材料属于炭材料，是以炭纤维增强基体炭的一类最先进的高温用复合材料，主要用于飞机刹车及固体火箭发动机，近几年来，由于太阳能的快速发展，炭/炭复合材料也被广泛地用于硅材料制备设备中的热场材料。虽然炭/炭复合材料密度低，高温力学性能优异(与石墨材料相比，韧性有极大的改善)，但仍然有抗氧化性能较差的弱点。

几十年来，人们对炭/炭复合材料进行了大量的研究，开发了许多防氧化技术，其中防氧化涂层技术是最主要的方法之一。

磷酸盐为主的防氧化涂层(专利：U.S.Pat.No.4,837,073)施工简单，可以有效地应用于800℃以下。700℃下耐氧化时间10小时左右。随着炭/炭复合材料刹车盘使用寿命的增加，该专利的防氧化效果仍需进一步提高。

中国专利公开号CN1544536A中介绍了一种以磷酸盐为主的炭/炭复合材料防氧化涂层，其中硅10％-15％，硼10％-15％，磷酸盐60％-70％，氧化铝5％-10％，虽然该配方比较简单，但低温及高温防氧化效果不是太理想。

另一类研究较多的是SiC涂层，经常采用化学气相沉积(CVD)法。在高温下，由于SiC与O₂反应形成致密的SiO₂薄膜，因而有很好的防护效果。但这类高温涂层由于膨胀系数与炭/炭复合材料膨胀系数的差异导致低温下产生裂纹，因而不适合长期应用于中低温环境，不适合用于飞机炭-炭复合材料刹车盘。

为了改善防氧化涂层的性能，许多专利采用复合涂层的方式进行长时间的氧化防护，通常底层以磷酸盐为主，外层为含硼硅酸盐，这样耐温有所提高，时间也得到延长。但该类工艺处理周期长。这类涂层中，许多原料有毒性，对施工人员及环境有不利影响。

中国专利公开号CN1415669A中介绍了一种有预浸液(硼酸、磷酸及蒸馏水)和涂料(900^#高温粘结剂及SiC、硼与硼化物、硅粉、三氧化铝粉、蒸馏水)的复合防氧化涂层，其中硼酸需要在加热状态下溶解，或者在酒精中溶解，粘结剂及稀释剂通常有毒性。中国专利公开号CN100410212C，一种炭/炭复合材料防氧化涂层，也是一种复合涂层，主要成分为Al(OH)₃，Zn₃(PO₄)₂·4H₂O，Na₂B₄O₇·10H₂O，SiO₂，B等，经过两次处理后得到的炭/炭复合材料防氧化涂层，有较好的抗氧化效果，环保性好。这类复合涂层需要涂刷两次，热处理两次，生产周期长，提高了生产成本。

发明内容

本发明的目的是提出一种生产周期短、生产成本低，并且低温及高温防氧化效果好，无毒的炭/炭复合材料防氧化剂及热处理方法。本发明的技术解决方案是，

防氧化剂涂料按重量百分比为：25-35％SiO₂，15-25％TiO₂，8-20％SiC，10-20％B₄C，5-15％NaAlO₂，5-15％Al(OH)₃，1-3％十六烷基三甲基氯化铵组成，其中Al(OH)₃以7mL/g的比例溶解于H₃PO₄中，NaAlO₂以4mL/g的比例溶解于水中，十六烷基三甲基氯化铵以5mL/g的比例溶解于水中，将SiO₂、TiO₂、SiC、B₄C粉末加入溶有Al(OH)₃的磷酸溶液中，为便于涂刷，加水稀释，水与磷酸溶液的体积比为20-100∶100，搅拌均匀，然后加入NaAlO₂溶液充分搅拌，最后加入十六烷基三甲基氯化铵水溶液，充分搅拌使其均匀混合；将表面涂有防氧化剂涂料的炭/炭复合材料放入真空或保护气氛中，加热处理，处理温度为550℃-800℃，保温时间1-4小时。