[发明专利]一种提高碳/碳复合材料抗氧化性能的复合涂层

说明书

本发明涉及镀膜玻璃表面膜层的防护技术领域，特别涉及一种提高碳/碳复合材料抗氧化性能的复合涂层，在碳/碳复合材料表面采用固渗法涂附SiC过渡层，再在SiC过渡层表面采用水热电泳法沉积ZrSiO4外涂层。本发明中，采用固渗法在C/C复合材料的表面制备具有一定防氧化能力的SiC过渡层，涂层表面存在有微裂纹，使C/C复合材料的防氧化能力显着提高，SiC‑C/C涂层在1773K恒温静太空气中氧化56小时后，氧化质量损失率为1.32%；采用水电泳沉积法在SiC‑C/C表面制备的ZrSiO4外涂层，在高温下（1570K—1773K）具有良好的抗氧化性能、耐腐蚀性和抗热冲击性。

技术领域

本发明涉及碳/碳复合材料技术领域，特别涉及一种提高碳/碳复合材料抗氧化性能的复合涂层。

背景技术

碳/碳复合材料具有许多优异的物理化学和机械性能，比如高的强度质量比，热膨胀系数低和良好的搞热 冲击性，尤其是在高温下具有优异的机械强度和弹性模量，因此，碳/碳复合材料被广泛应该在航空发动机，航天器件及刹车制动部件中。然而碳/碳复合材料在氧化气氛中如果温度在400℃上以，就会被快速氧化，从而大大限制了其应用范围和使用寿命。因此碳/碳复合材料的防氧化问题成为近年来研究的重点和难点。

其中一个重点课题为在碳/碳复合材料表面采用不同的方法制备抗氧化涂层，以提高其抗氧化性能，现有技术中的制备方法，比如，化学气相沉积法、等离子喷射法、溶胶—凝胶法和包埋法等，有的需要较高的温度，有的需要进行高温热处理，在一定程度上对碳/碳复合材料造成损害，从而降低了材料的性能。

发明内容

本发明针对现有技术碳/碳复合材料高温抗氧化性差，影响材料的使用范围和使用寿命，提供一种提高碳/碳复合材料抗氧化性能的复合涂层。

本发明的目的是这样实现的，一种提高碳/碳复合材料抗氧化性能的复合涂层，在碳/碳复合材料表面采用固渗法涂附SiC过渡层，再在SiC过渡层表面采用水热电泳法沉积ZrSiO4外涂层。

所述SiC过渡层由Si,α-SiC和β-SiC三种晶相组成，选用的包埋粉为等质量比混合的无机硅粉和无机碳粉，同时加入占混粉料质量5—10%的促渗剂。

为进一步实现本发明的目的，本发明的水热电泳法沉积ZrSiO4外涂层的的方法为采用浓度为3-4g/100mL的ZrSiO4与异丙酮的悬浮液，所述悬浮液添加碘量为C=0.8g/L，然后将悬浮液在超声波中震荡20-30 min，将上述震荡后的悬浮液置于水热电泳装置中，固定好渡有SiC过渡层的碳/碳复合基材，沉积电压为U=160-220V，水热温度为T=100℃，沉积时间t=5-20min，沉积结束后，使水热电泳装置中的液体降温至室温，取出沉积过ZrSiO4外涂层碳/碳复合基材，置到恒温干燥箱中，在353K下干燥6—8小时，复到ZrSiO4/SiC-C/C复合材料。

本发明中，采用固渗法在C/C复合材料的表面制备具有一定防氧化能力的SiC过渡层，涂层表面存在有微裂纹，使C/C复合材料的防氧化能力显着提高，SiC-C/C涂层在1773K恒温静太空气中氧化56小时后，氧化质量损失率为1.32%；采用水电泳沉积法在SiC-C/C表面制备的ZrSiO4外涂层，在高温下（1570K—1773K）具有良好的抗氧化性能、耐腐蚀性和抗热冲击性。

具体实施方式

本实施例制备一种可提高碳/碳复合材料抗氧化性能的ZrSiO4/SiC复合涂层，具体过程为：

在碳/碳复合材料表面采用固渗法涂附SiC过渡层，所述SiC过渡层由Si,α-SiC和β-SiC三种晶相组成，选用的包埋粉为等质量比混合的无机硅粉和无机碳粉，同时加入占混粉料质量5—10%的促渗剂。采用固渗法在C/C复合材料的表面制备具有一定防氧化能力的SiC过渡层，涂层表面存在有微裂纹，使C/C复合材料的防氧化能力显着提高，经氧化试验，SiC-C/C涂层在1773K恒温静太空气中氧化56小时后，氧化质量损失率为1.32%。

再在SiC过渡层表面采用水热电泳法沉积ZrSiO4外涂层，水热电泳法沉积ZrSiO4外涂层的具体过程中，配制采用浓度为3-4g/100mL的ZrSiO4与异丙酮的悬浮液，所述悬浮液添中添加碘量为C=0.8g/L，然后将悬浮液在超声波中震荡20-30 min，将上述震荡后的悬浮液置于水热电泳装置中，固定好渡有SiC过渡层的碳/碳复合基材，沉积电压为U=160-220V，水热温度为T=100℃，沉积时间t=5-20min，沉积结束后，使水热电泳装置中的液体降温至室温，取出沉积过ZrSiO4外涂层碳/碳复合基材，置到恒温干燥箱中，在353K下干燥6—8小时，复到本实施例的ZrSiO4/SiC-C/C复合材料。本发明的方法制备的上述复合材料，表面平整，致密性好，经高温氧化试验，上述复合材料在1570K—1773K可以很好的长时间保护C/C复合基材，在空气中高温1773K下氧化380小时后氧化损失率仅为0.23%，经过380小时氧化后涂层试样的弯曲强度仅下降26%，同时涂层还具有良好的抗热震动能力。