[发明专利]一种多元Zr/Hf基超高熔点碳化物抗氧化涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种多元Zr/Hf基超高熔点碳化物抗氧化涂层及其制备方法，该抗氧化物涂层由内向外依次为SiC过渡层、Zr/Hf基氧阻挡层和Zr/Hf基抗烧蚀层，其中Zr/Hf基氧阻挡层为ZrB₂、HfB₂和SiC的混合物；Zr/Hf基抗烧蚀层为ZrC、HfC、SiC和MoSi₂的混合物；该抗氧化涂层从根本上解决了超高熔点碳化物涂层与C/C复合材料基体之间的热不匹配难题，涂层致密性更好；本发明制备方法有效避免碳化物涂层沉积过程中应力大、易开裂的问题，制备过程中沉积速度快，涂层成分与结构均匀可控、工艺重复性好、沉积速度快，效率高、成本低，特别适合大面积和复杂异型结构件的涂层快速制备。

技术领域

本发明属于表面热防护技术领域，具体涉及一种多元Zr/Hf基超高熔点碳化物抗氧化涂层及其制备方法。

背景技术

C/C复合材料作为一种轻质耐高温结构材料，具有密度小、比强度大、惰性环境抗烧蚀性能优异的特点。但是C/C复合材料在超过400℃有氧环境中易氧化，导致其力学性能及物理化学性能迅速下降。涂层技术是提高C/C复合材料抗氧化性能的重要手段。

与硼化物涂层相比，碳化物涂层具有熔点更高(ZrC-3420℃，HfC-3930℃、TaC-3890℃)、热膨胀系数低(～7×10^-6/K)、热稳定性更好、其氧化产物熔点极高且蒸汽压更低、抗氧化烧蚀性能优异等特点。化学气相沉积技术制备超高熔点碳化物抗氧化涂层应用较为广泛。文献一“Wang Y,Li H,Fu Q,et al.SiC/HfC/SiC ablation resistant coatingforcarbon/carbon composites[J].Surface and Coatings Technology,2012,206(s19–20):3883-3887。”采用化学气相沉积法在C/C复合材料表面制备了SiC/HfC/SiC涂层。1500℃空气环境下氧化66h后涂层C/C复合材料的失重率仅为2.3％。专利申请号CN103724055A的中国发明专利公布了一种SiC/HfC/ZrC热匹配涂层及其制备方法，由SiC层、HfC层和ZrC层组成，最内层为SiC层，中间层为HfC层，最外层为ZrC层。采用化学气相沉积的方法在基体的表面依次沉积SiC层、HfC层和ZrC层，得到SiC/HfC/ZrC热匹配涂层。采用化学气相法制备多层碳化物涂层，沉积速率低、制备周期长、工艺过程复杂等不足。同时，碳化物涂层制备过程中存在应力高、易开裂等问题，无法实现大尺寸结构件涂层快速均匀制备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种多元Zr/Hf基超高熔点碳化物抗氧化涂层及其制备方法，该制备方法制备的多层结构超高熔点碳化物涂层，涂层致密性好、结构均匀可控、工艺重复性好、沉积速度快，尤其适合大面积结构件涂层制备，并且解决了超高熔点碳化物涂层与C/C复合材料基体之间的热不匹配难题。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种多元Zr/Hf基超高熔点碳化物抗氧化涂层，所述抗氧化物涂层由内向外依次为SiC过渡层、Zr/Hf基氧阻挡层和Zr/Hf基抗烧蚀层。

在上述多元Zr/Hf基超高熔点碳化物抗氧化涂层中，所述Zr/Hf基氧阻挡层为ZrB₂、HfB₂和SiC的混合物；所述Zr/Hf基抗烧蚀层为ZrC、HfC、SiC和MoSi₂的混合物。

在上述多元Zr/Hf基超高熔点碳化物抗氧化涂层中，所述Zr/Hf基氧阻挡层中ZrB₂、HfB₂和SiC的质量比为：25～40：25～50：25～30；所述Zr/Hf基抗烧蚀层中ZrC、HfC、SiC和MoSi₂的质量比为：25～40：25～50：15～20：5～10。