[发明专利]一种稀土硅酸盐涂料及C/SiC复合材料表面制备涂层的方法

说明书

技术领域

本发明复合材料稀土硅酸盐涂层的制备方法领域，涉及一种稀土硅酸盐涂料及C/SiC复合材料表面制备涂层的方法。

背景技术

连续增韧碳化硅陶瓷基复合材料(包括C/SiC复合材料和SiC/SiC复合材料)具有高比强度，高比模量，低密度，优异的断裂韧性以及优异的高温力学性能，使其成为全世界研究的热点，并逐渐应用到航空航天领域，成为重要的热结构部件的理想材料。然而，在制造这种复合材料的过程中，由于各种化学气相渗透(CVI)或先驱体浸渍裂解(PIP)工艺本身以及纤维与SiC基体热膨胀系数的差异，会导致材料本身存在不可忽略的气孔与裂纹。在复合材料使用过程中，这些气孔和裂纹会为氧化介质提供进入复合材料内部的通道，从而导致复合材料内部纤维与界面的破坏，进而影响复合材料在高温氧化环境下的使用寿命。

稀土硅酸盐涂层是碳化硅陶瓷基复合材料的最新一代环境屏障涂层材料，尤其以硅酸钇和硅酸镱为其中的突出代表。硅酸钇材料具有高熔点、低弹性模量，低的高温氧气渗透率、低热膨胀系数、低热传导率、低的高温挥发率等特点，使其可以作为高性能结构材料(如SiC/SiC复合材料和C/SiC复合材料等)的高温抗氧化涂层材料。硅酸镱的热膨胀系数和硅酸钇比较接近(如Yb₂SiO₅的热膨胀系数为3.5～4.5×10^-6℃^-1，Y₂SiO₅的为5～6×10^-6℃^-1)，并且高温晶相稳定，无同质异构现象，也是SiC/SiC复合材料和C/SiC复合材料等的理想抗氧化涂层材料之一。此外，这两种涂层也是C/C复合材料的理想抗氧化涂层材料。

因此研究硅酸钇和硅酸镱涂层的制备方法，具有重要的应用价值。

通过浸渍烧结法、水热电泳沉积法、等离子喷涂法、微波烧结法等可以制备硅酸钇或者硅酸镱涂层，而通过化学气相反应(Chemical Vapor Reaction)的方法制备该种涂层，目前还没有关的报道。

文献1“Webster J D,Westwood M E,Hayes F H,et al.Oxidation protection coatings for C/SiC based on yttrium silicate[J].Journal of the European Ceramic Society,1998,18(16):2345-2350.”介绍了以Y₂O₃和SiO₂为原料，利用浸渍浆料法和烧结法在C/SiC复合材料表面制备了一种含有硅酸钇的涂层，其外层为硅酸钇，内层为SiC粘结层。实验结果表面，该涂层外层硅酸钇涂层为Y₂SiO₅和Y₂Si₂O₇混合涂层时，能够在1600℃条件下表现出较好的抗氧化性能。但这种制备涂层的方法工艺比较复杂，过程中需要烧结到1600℃，对基体复合材料会有所损伤。

文献2“Argirusis C,T,Borchardt G.Yttrium silicate coating system for oxidation protection of C/C–Si–SiC composites:electrophoretic deposition and oxygen self-diffusion measurements[J].Journal of the European Ceramic Society,2007,27(2):1303-1306.”中先结合电泳的方法制备出硅酸钇粉末，然后再利用水热电泳沉积的方法在C/C–Si–SiC复合材料基体表面沉积硅酸钇涂层。用该方法沉积的涂层表面均匀，断面比较致密，具有较好的抗氧化性能和抗热震性能。但，该制备方法过程比较复杂，实验条件比较多，容易对结果造成影响，不利于大规模生产。