[发明专利]碳/碳复合材料表面莫来石晶须-莫来石/钇铝硅酸盐复合抗氧化涂层及制备方法在审

专利信息
申请号: 201910339937.4 申请日: 2019-04-25
公开(公告)号: CN109942317A 公开(公告)日: 2019-06-28
发明(设计)人: 付前刚;周磊;李贺军;童明德;魏亚龙 申请(专利权)人: 西北工业大学
主分类号: C04B41/89 分类号: C04B41/89
代理公司: 西北工业大学专利中心 61204 代理人: 王鲜凯
地址: 710072 *** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 莫来石 莫来石晶须 硅酸盐 钇铝 制备 碳/碳复合材料 抗氧化涂层 润湿性 超音速等离子喷涂 玻璃陶瓷涂层 脆性 复合 多孔莫来石 化学耐久性 莫来石陶瓷 表面制备 封孔处理 抗氧化性 孔隙率 熔盐法 晶须
【说明书】:

发明涉及一种碳/碳复合材料表面莫来石晶须‑莫来石/钇铝硅酸盐复合抗氧化涂层及制备方法,首先采用原位熔盐法在SiC涂层表面制备了多孔莫来石晶须层。一方面,莫来石晶须层可以改善SiC和中间莫来石层的润湿性。另一方面,莫来石晶须可以改善莫来石陶瓷涂层固有的脆性。随后选择与莫来石具有良好润湿性,并且其自身具有良好的抗氧化性以及在高温下具有化学耐久性的钇铝硅酸盐玻璃陶瓷涂层对超音速等离子喷涂所制备的莫来石涂层进行封孔处理,以降低涂层的孔隙率。

技术领域

本发明属于抗氧化涂层制备技术领域,涉及一种碳/碳复合材料表面莫来石晶须-莫来石/钇铝硅酸盐复合抗氧化涂层及制备方法,具体涉及一种熔盐法,超音速等离子喷涂法及热浸渍法制备莫来石晶须-莫来石/钇铝硅酸盐复合抗氧化涂层的方法。

背景技术

随着对高性能复合材料需求的日益增长,碳纤维增强复合材料,特别是碳/碳(C/C)复合材料,具有优异的高温力学性能和稳定性,低密度和低热膨胀系数,这些性能在2000℃以上的高温下仍可保持,更重要的是在1500℃以上高温环境下其强度随温度的增加不降反升的性能,使其成为最有发展前途的高技术新材料之一,被广泛用作航空和航天技术领域的烧蚀材料和热结构材料。但是,C/C复合材料有一个致命的弱点,碳在370℃的有氧气氛中便开始氧化,高于500℃时迅速氧化,氧化后C/C复合材料的力学性能显著降低,这会导致C/C复合材料毁灭性破坏,这一致命弱点限制了C/C复合材料的直接应用。因此,提高C/C复合材料的抗氧化性能就成了使其发挥优异性能的关键,对其在高温有氧环境下的应用具有重要意义。

陶瓷涂层被认为是解决C/C复合材料高温氧化防护问题的有效方法。在各种陶瓷涂层中,SiC因其与C/C复合材料具有良好的物理和化学相容性而被广泛应用。但是,单一的SiC涂层很难实现对C/C复合材料的高温长时间氧化防护。为了解决这个问题,近年来研究者开发了多种以SiC为内涂层的多层涂层,例如,MoSi2/SiC[F.Bezzi,F.Burgio,P.Fabbriet al.J.Eur.Ceram.Soc.39(2019)79-84];ZrSiO4/SiC[C.Sun,H.J.Li,H.J.Luo,etal.Surf.Coat.Technol.235(2013)127-133.];Y2SiO5/SiC[J.P.Zhang,Q.G.Fu,H.J.Li,etal.Corros.Sci.87(2014)472-478.];mullite/SiC[K.T.Wang,L.Y.Cao,J.F.Huang,J.Feiet al.J.Eur.Ceram.Soc.33(2013)191-198.]等。尤其是莫来石涂层,因其与SiC具有相似的热膨胀系数,并且具有低氧渗透性和高熔点而被广泛研究[L.Zhou,J.F.Huang,H.B.Ouyang et al.In-situ mullite whisker to improve the thermal shockresistance of silicate glass coating for SiC coated carbon/carbon composites,J.Alloys.Compd.712(2017)288-295.]。到目前为止,已采用多种工艺来制备莫来石外涂层,如水热电泳沉积法[J.F.Huang,Q.Yang,T.Yang,et al.Surf.Coat.Technol.205(2011)5077-5082.];超音速大气等离子喷涂法(SAPS)[C.Ma,H.J.Li,H.Wu,etal.J.Mater.Sci.Technol.29(2013)29-33.];热浸渍法[B.Zhang,J.F.Huang,H.B.Ouyang,et al.Ceram.Int.42(2016)17932-17935.];溶胶-凝胶法[Z.L.Wen,P.Xiao,Z.Li,etal.J.Eur.Ceram.Soc.35(2015)3789-3796.]等。虽然所制备的涂层可以在一定程度上延长C/C复合材料的使用寿命,但上述方法所制备的涂层通常具有较高的孔隙率和较低的界面结合强度。因此,提高莫来石涂层与SiC内涂层的界面结合强度以及降低莫来石涂层的孔隙率是提高莫来石涂层抗氧化性能的关键。

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  • 徐敬军;韩雨彤;李美栓;钱余海;左君 - 中国科学院金属研究所
  • 2018-01-31 - 2019-08-06 - C04B41/89
  • 本发明属于抗超高温氧化涂层领域,具体涉及一种石墨基体上超高温氧化涂层及其制备方法。该涂层的结构为:内层为采用包埋法制备的厚度为200~300μmSiC层,包埋粉料的质量百分比为Si 50~65%,C 15~20%,Al2O315~25%;处理温度为1600~2000℃,时间2~4小时;外层为采用料浆涂刷法后高温热处理原位形成厚度为100~150μm HfB2‑SiC‑SiB6‑WB2层,按体积百分含量计,其化学成分为HfB2:70%,SiC:10~20%,SiB6:10~20%,WB2:1~3%。本发明制备的涂层,具有1600℃、100h的抗氧化能力。
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