[发明专利]碳/碳复合材料莫来石‐C‐AlPO4 外涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳/碳复合材料外涂层的制备方法，具体涉及一种碳/碳复合材料莫来石-C-AlPO₄外涂层的制备方法。

背景技术

C/C复合材料又被称为碳纤维碳基复合材料，由于其只有单一的碳元素组成，不仅具有炭及石墨材料优异的耐烧蚀性能，低密度、热膨胀系数低等优点，而且高温下还有优异的力学性能。尤其是其强度随温度的增加不降反升的性能，使其成为发展前途的高技术新材料之一，被广泛用作航空和航天技术领域的烧蚀材料和热结构材料。但是，C/C复合材料有一个致命的弱点，即在高温氧化性气氛下极易氧化，使其力学性能随之下降大大地限制了C/C复合材料的应用范围，因此对其进行高温抗氧化防护对其高温应用具有重要的意义。

抗氧化涂层被认为是解决碳/碳复合材料高温氧化防护问题的有效方法。SiC涂层由于与C/C复合材料的物理、化学相容性好而普遍作为过渡层使用，但是单一的SiC涂层不能对C/C基体提供有效的保护，因而复合涂层成为当前的研究热点。

到目前为止，作为外涂层的材料有很多种，例如硅酸钇[Huang J F，Li H J，ZengX R，et al.A new SiC/yttrium silicate/glass multi-layer oxidation protective coatingfor carbon/carbon composites.Carbon，2004，42(11)：2367-2370.]、SiC晶须增韧MoSi₂-SiC-Si涂层[Fu Qian-Gang，Li He-Jun，Li Ke-Zhi，Shi Xiao-Hong，Hu Zhi-Biao，Huang Min，SiC whisker-toughened MoSi₂-SiC-Si coating to protect carbon/carboncomposites against oxidation，Carbon.2006，44，1866.]、SiC-MoSi₂-(Ti_0.8Mo_0.2)Si₂复合涂层[Jiao G S，Li H J，Li K Z，et al.SiC-MoSi₂-(Ti_0.8Mo_0.2)Si₂ multi-composition coatingfor carbon/carbon composites.Surf.Coat.Technol，2006，201(6)：3452-3456.]等。莫来石陶瓷材料由于耐火度高、热震性好、体积稳定性好等性质而引起人们的重视，特别是其热膨胀系数和SiC十分接近，是理想的高级耐火材料。方石英型磷酸铝(C-AlPO₄)具有热膨胀系数与SiC接近，并且可以充分地铺展在基体材料表面，封填基体材料表面的孔洞等缺陷的特性，并且到目前为止，用其作为抗氧化涂层的研究还很少见报道，因此C-AlPO₄和莫来石的这些特性使得两者作为高温热障/热防护涂层材料具有良好的应用前景。到目前为止外涂层的制备方法多种多样，主要有以下几种：超临界态流体技术，化学气相沉积，包埋法，原位成型，溶胶-凝胶法，熔浆涂覆反应，爆炸喷涂和超声波喷涂法等。采用超临界态流体技术来制备C/C复合材料涂层由于制备的工艺实施需要在高温高压下进行，对设备的要求较高，并且形成的外涂层要在惰性气氛下进行热处理，制备周期比较长[Bemeburg P L，Krukonis V J.Processing of carbon/carbon composites usingsupercritical fluid technology[P].United States Patent US 5035921，1991]，采用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[HuangJian-Feng，Li He-Jun，Zeng Xie-Rong，Li Ke-Zhi.Surf.coat.Technol.2006，200，5379.]，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[HuangJian-Feng，Zeng Xie-Rong，Li He-Jun，Xiong Xin-Bo，Sun Guo-ling.Surf.coat.Technol.2005，190，255.]，而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.]，同样采用爆炸喷涂和超声波喷涂法虽然已经制备出部分合金涂层，但是，该工艺还有很多不完善的地方，所制备的高温防氧化性能尚需要进一步的提高[Terentieva V S，Bogachkova O P，Goriatcheva E V.Method for protecting products made of a refractory materialagainst oxidation，and resulting products[p].US 5677060，1997.]。