[发明专利]一种SiC／Ta/C／Ta／SiC多层抗氧化耐高温涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种防氧化耐高温涂层及其制备方法，特别是涉及一种SiC／Ta／C／Ta／SiC多层抗氧化耐高温涂层及其制备方法。

技术背景

航空发动机、涡轮机叶片、工业涡轮、航天发动机、火力发电机等的结构材料在高温下作业，受到高温氧化和腐蚀。为了保护这些热端部件在高温下免受氧化腐蚀和延长寿命，人们对高温结构材料和高温涂层进行了大量的研究。近几年来，高温结构材料有了很大发展，但改善材料的抗高温氧化性仅仅从材料本身考虑是不够的。实践证明，高温材料本身要做到既有好的高温强度，又具备优良的抗氧化、抗腐蚀性能十分困难。然而，不论是研制还是使用高温涂层，其经费都比高温材料低得多。

文献“专利申请号是200810150372.7的中国发明专利”公开了一种碳／碳化硅复合材料表面耐高温涂层的制备方法，该方法是在碳／碳化硅复合材料表面制备ZrC高温抗氧化涂层，工艺较简单，耐高温性能好，所制备的涂层厚度可控制。但是，文献所提供的防氧化涂层的存在一个严重的缺陷是涂层与基体的热膨胀系数不匹配，涂层结合强度较弱，在高速气流冲刷环境下，容易脱落，无法实现对基体的有效保护，致使C／SiC复合材料使用性能严重下降。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的缺陷，提供了一种高性能的多层抗氧化耐高温涂层及其制备方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：提供一种SiC／Ta／C／Ta／SiC多层抗氧化耐高温涂层，由SiC层、Ta层和C层叠层组成，其特征在于叠层的次序依次为SiC层、Ta层、C层、Ta层、SiC层，循环1～3次，C层两侧均为Ta层，最内层和最外层均为SiC层。所述的SiC层的厚度为10～30μm，Ta层的厚度为5～20μm，C层的厚度为15～30μm。

本发明通过以下步骤实现：

(1)采用化学气相沉积的方法在基体的表面沉积一层SiC，SiC层的沉积条件如下：三氯甲基硅烷为前驱体，氩气为稀释气，氢气为载气，沉积温度800～1200℃，沉积时间5～20h；

(2)通过化学气相沉积法沉积Ta层，Ta层的沉积条件如下：以金属钽为源物质，氩气为稀释气，氯气为反应气体，沉积温度为1000～1600℃，沉积时间3～10h；

(3)通过化学气相沉积法沉积C层，C层的沉积条件如下：以甲烷为源物质，氩气为稀释气体，沉积温度为800～1200℃，沉积时间3～10h；

(4)重复(2)、(3)循环1～3次；

(5)通过化学气相沉积在涂层的最外表面沉积一层SiC保护层。

本发明的有益效果：(1)外层SiC在高温有氧环境中形成一层SiO₂膜，能有效阻止氧原子的扩散；(2)在Ta层和C层的接触面，可形成具有梯度分布的TaC层，由因为TaC层的高熔点且致密阻止氧的扩散，进一步提高抗氧化性能；(3)由于涂层的交替沉积能够有效缓解涂层之间热膨胀系数的差异，可显著提高涂层的热震性能；(4)通过控制沉积时间和沉积次数可控制基体的厚度和层数，可实现对复合涂层微观结构的控制。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例

一种SiC／Ta／C／Ta／SiC多层抗氧化耐高温涂层，由SiC层、Ta层和C层组成，其特征在于叠层的次序依次为SiC层、Ta层、C层、Ta层、SiC层，循环2次，C层两侧均为Ta层，最内层和最外层均为SiC层。所述的SiC层的厚度为20μm，Ta层的厚度为10μm，C层的厚度为20μm。

上述抗氧化涂层的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)采用化学气相沉积的方法在基体的表面沉积一层SiC，SiC层的沉积条件如下：三氯甲基硅烷为前驱体，氩气为稀释气，氢气为载气，沉积温度1000℃，沉积时间10h；

(2)通过化学气相沉积法沉积Ta层，Ta层的沉积条件如下：以金属钽为源物质，氩气为稀释气，氯气为反应气体，沉积温度为1400℃，沉积时间5h；

(3)通过化学气相沉积法沉积C层，C层的沉积条件如下：以甲烷为源物质，氩气为稀释气体，沉积温度为1000℃，沉积时间10h；

(4)重复(2)(3)循环1次；

(5)通过化学气相沉积在涂层的最外表面沉积一层SiC保护层。