[发明专利]一种抗氧化涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种抗氧化涂层及其制备方法，该涂层包括在基体上依次制备的粘结层和陶瓷层，其中粘结层材料为W、陶瓷层材料为Yb₂SiO₄，且粘结层厚度为0.05～0.15mm，陶瓷层厚度为0.15～0.3mm，该涂层制备方法包括：(1)对基体进行预热，控制基体温度在100～200℃之间；(2)采用等离子喷涂方法在经预热的基体上，依次制备粘结层、陶瓷层，其中粘结层材料为W、陶瓷层材料为Yb₂SiO₄，且该涂层采用单一等离子喷涂工艺制备得到，制备工艺简单，成本低，效率高，很好地解决了碳纤维增强陶瓷基复合材料传统涂层制备技术的繁杂及其所制备的涂层耐水汽腐蚀能力较弱的技术难题。

技术领域

本发明涉及一种抗氧化涂层及其制备方法，尤其涉及一种W/Yb₂SiO₄抗氧化涂层及其制备方法，涂层兼具抗氧化、耐烧蚀、耐水蒸汽腐蚀性能，属于炭材料的涂覆领域。

背景技术

火箭发动机喷管、高超声速飞行器翼前缘等结构件在服役过程中，将承受高温，高速气流冲刷烧蚀，最终导致结构材料的快速损耗，甚至失效破坏，影响飞行的可靠性。C/C、C/SiC等一系列碳纤维增强陶瓷基复合材料以其高熔点，高比强度，低热膨胀系数以及优良的抗热震性等优点，是目前应用于这些结构件中最有前途的材料。氧化烧蚀是碳纤维失效的最主要的原因。当环境温度高于370℃时，碳纤维会快速氧化，从而导致碳纤维增强陶瓷基复合材料结构弱化，性能下降。随着气流温度和冲刷速率，氧化烧蚀现象更为严重，造成整个复合材料破坏失效。在复合材料表面制备高熔点陶瓷涂层是行之有效的方法。

从涂层制备手段上讲，目前，国内外绝大部分涂层均采用包埋法在C/C、C/SiC等碳纤维陶瓷基复合材料表面预先制备一层SiC过渡层，再采用其他手段(CVD或等离子喷涂)制备高熔点陶瓷层。包埋法需要惰性气体保护，高温长时保温，这不仅对设备要求极高，也容易对复合材料基体造成损伤，直接影响材料整体的使用性能。此外，采用不同工艺多次沉积无疑增加了涂层生产的复杂性，大大降低了效率，增大了生产成本。采用单一涂层技术实现对涂层整体的制备是当前国内外研究的难点。化学气相沉积受真空条件高，沉积效率低等因素制约，无法进行大规模的生产。等离子喷涂法可实现大尺寸件涂层的制备，并且沉积效率高，生产成本低，十分适用于高熔点陶瓷涂层的沉积，目前采用单一等离子喷涂工艺制备抗氧化、耐烧蚀高熔点陶瓷涂层的研究较少。

从涂层体系上来讲，目前的抗氧化耐烧蚀涂层材料在服役过程中，大多会氧化出现气泡，并且在湿度较大的环境下，涂层与水反应会急剧损耗殆尽，其耐水汽腐蚀的能力较弱。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种抗氧化涂层，该涂层采用单一等离子喷涂工艺制备得到，涂层兼具抗氧化及耐烧蚀的多功能特性，很好地解决了碳纤维增强陶瓷基复合材料传统涂层制备技术的繁杂及其所制备的涂层耐水汽腐蚀能力较弱的技术难题。

本发明的另外一个目的在于提供一种抗氧化涂层的制备方法。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种抗氧化涂层，包括在基体上依次制备的粘结层和陶瓷层，其中粘结层材料为W、陶瓷层材料为Yb₂SiO₄，且粘结层厚度为0.05～0.15mm，陶瓷层厚度为0.15～0.3mm。

在上述抗氧化涂层中，基体为碳纤维增强陶瓷基复合材料，具体为C/C复合材料或C/SiC复合材料。

一种抗氧化涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)、对基体进行预热，控制基体温度在100～200℃之间；

(2)、采用等离子喷涂方法在经预热的基体上，依次制备粘结层、陶瓷层，其中粘结层材料为W、陶瓷层材料为Yb₂SiO₄。