[发明专利]一种碳/碳复合材料硅酸锆/碳化硅抗氧化涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种C/C复合材料的制备方法，具体涉及一种采用微波水热电泳沉积法制备碳/碳复合材料硅酸锆/碳化硅抗氧化涂层的方法。

技术背景

碳/碳(C/C)复合材料是可用于高温环境下的先进材料复合材料之一。由于碳/碳复合材料热膨胀系数低、密度低、耐烧蚀、耐腐蚀、摩擦系数稳定、导热导电性能好和高强度、高模量等特点，特别是随温度升高力学性能不降反升的特性，因此其被应用于航空、航天及民用工业领域。然而，它的许多上述性质只有在惰性气氛下或者是低于450℃的条件下才能保持，氧化失重将使得碳/碳复合材料的力学性能明显下降，从而限制了其作为高温耐火材料在氧化气氛下的广泛应用。因此，解决碳/碳复合材料高温氧化防护问题是充分利用其性能的前提。

目前，C/C复合材料的抗氧化措施主要有两类：(1)内部保护，在C/C复合材料成型之前就对碳纤维和谈基体进行改性处理，是他本身具有较强的抗氧化能力，以及添加各种抗氧化剂来提高C/C复合材料的高温抗氧化性能。(2)外部涂层，通过在材料表面制备各类抗氧化功能梯度涂层防止气体接触扩散来提高C/C复合材料的高温抗氧化性能。

到目前为止外涂层的制备方法多种多样，主要有以下几种：溶胶-凝胶法，包埋法，化学气相沉积，原位成型，熔浆涂覆反应，水热电泳沉积法等。采用溶胶-凝胶法制备的外涂层表面容易开裂并且涂层厚度不足的缺点[Huang Jian-Feng，Zeng Xie-Rong，Li He-Jun，Xiong Xin-Bo，Sun Guo-ling.Surf.coat.Technol.2005，190，255.]，采用包埋法制备的碳化硅涂层有于表面存在较大的应力，所以也容易出现便面开裂的现象[Yulei ZHANG，Hejun Li，Qiangang FU，Kezhi LI，Dangshe HOU.J.Mater.Sci.Technol.2008，24，942.]，而原位成型法制备的涂层需要在1500℃下高温处理，且不能一次制备完成[Huang Jian-Feng，Li He-Jun，Zeng Xie-Rong，Li Ke-Zhi.Surf.coat.Technol.2006，200，5379.]，采用熔浆涂覆反应法制备涂层仍然存要多次涂刷不能一次制备完成，需要后期热处理的弊端[Fu Qian-Gang，Li He-Jun，Wang Yong-Jie，Li Ke-Zhi，Tao Jun.Surface&Coating Technology.2010，204，1832.]，同样采用水热电泳沉积法制备的涂层由于使用传统加热方式，制备周期较长[杨文冬，黄剑锋，曹丽云，夏长奎.硅酸盐学报.2009，37，1319.]。

目前有关水热电泳沉积法制备外涂层所用材料的报道不多，例如硅酸钇，磷酸铝等。硅酸钇(Y₂Si₂O₇)Y、Si、O的理论物质的量配比为2∶2∶7，但由于在硅酸钇的制备过程中不可避免的出现其他杂质，因此很难得到纯的硅酸钇[王雅琴，黄剑锋，曹丽云，吴建鹏.硅酸盐通报.2009，28，255.]。由于市售磷酸铝原料通常为无定形相，其中C-AlPO₄的抗氧化性能较好，但在制备涂层前需对磷酸铝进行热处理，使无定形相转化为C-AlPO₄，因此制备工艺复杂[杨文冬，黄剑锋，曹丽云，夏长奎.硅酸盐学报.2009，37，1319.]，硅酸锆的理论分解温度为1700℃，具有很低的渗氧率，能在1500℃高温环境下长时间稳定存在，且不发生相变，因此选用硅酸锆做为外涂层材料，具有成本低，效果好的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种不仅制备成本低，而且操作简单、制备周期短不需要后期热处理的碳/碳复合材料硅酸锆/碳化硅抗氧化涂层的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

1)碳化硅过渡层的制备：取市售的硅粉和石墨粉，按Si粉∶石墨粉＝2-8∶1-6的质量比混合均匀得粉料A；