[发明专利]一种碳/碳复合材料表面长时间抗烧蚀复合涂层及制备方法

说明书

本发明涉及一种碳/碳复合材料表面长时间抗烧蚀复合涂层及制备方法，采用包埋法和超音速等离子喷涂(以下简称SAPS)两步法制备了SiC涂层和ZrC‑La₂O₃复相陶瓷涂层。制备的复合涂层能在超高温环境下有效保护C/C复合材料至少700s。本发明的有益效果是：通过在ZrC涂层中引入稀土La₂O₃，利用La₂O₃在超高温下和氧化锆形成的低挥发性的复合氧化物在高温下对超高温陶瓷涂层中的孔隙、裂纹进行愈合，从而延长超高温陶瓷涂层的烧蚀防护时间。

技术领域

本发明属于碳/碳复合材料制备技术，涉及一种碳/碳复合材料表面长时间抗烧蚀复合涂层及制备方法。

背景技术

C/C复合材料因为具有低的密度、高的比强、高的比模、耐高温、耐烧蚀等优良性能而成为一种理想的热结构材料，其在航空航天领域的应用前景十分广阔。但高温下易氧化一直是制约C/C复合材料实际应用的关键问题。表面涂层技术是解决此问题的有效手段。到目前为止，C/C复合材料在1600℃以下的氧化防护技术已经取得令人满意的成果。

文献1“Oxidation protection of ultra-high temperature ceramic Zr_xTa_1-xB₂-SiC/SiC coating prepared by in-situ reaction method for carbon/carboncomposites,Xuanru Ren,Hejun Li,Kezhi Li,Qiangang Fu.Journal of the EuropeanCeramic Society 2015,(35):897-907.”报道的在C/C复合材料表面采用原位反应法制备的Zr_xTa_1-xB₂-SiC/SiC复合涂层在1500℃静态氧化条件下能保护C/C复合材料长达1412h，氧化失重率仅为0.1wt.％。

文献2“Ta_xHf_1-xB₂-SiC multiphase oxidation protective coating for SiC-coated carbon/carbon composites,Xuanru Ren,Hejun Li,Qiangang Fu,KezhiLi.Corrosion Science 2014,(87):479-488.”报道的在C/C复合材料表面采用原位反应法制备的Ta_xHf_1-xB₂-SiC多相涂层在1500℃静态氧化条件下能保护C/C复合材料长达1480h.

如此超长的氧化防护时间表明1700℃以下的C/C复合材料氧化防护涂层研究的比较成熟，这些涂层体系主要以硅基涂层为主，利用涂层在高温下氧化生成的硼硅酸盐玻璃来阻止氧气的渗透。然而在1700℃以上的温度，由于硅基涂层中硅元素在超高温下的严重挥发大大减弱了涂层的保护性，有时甚至由于硅基化合物的活性氧化而造成涂层体系的严重损坏。因此1700℃以上的抗氧化、抗烧蚀防护主要采用超高温陶瓷(主要指锆和铪的碳化物、硼化物等)或改性的超高温陶瓷。然而这些涂层的抗烧蚀保护也是短时间的。