[发明专利]一种耐高温抗烧蚀复合涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐高温抗烧蚀复合涂层及其制备方法，所述耐高温抗烧蚀复合涂层的组成包括：ZrB₂主相，MoSi₂第二相，Yb₂O₃第三相；其中MoSi₂第二相的含量为5～30 vol.%，Yb₂O₃的含量为5～20 mol.%，余量为ZrB₂主相。

技术领域

本发明涉及一种耐高温抗烧蚀复合涂层的制备方法，具体涉及一种ZrB₂基耐高温抗烧蚀复合涂层及其制备方法，属于高温防护涂层领域。

背景技术

ZrB₂是超高温陶瓷的典型代表，具有高熔点、低密度、高热导率、高化学稳定性、固相氧化产物熔点高(2715℃)和原料来源广泛等特点，是一种在航天航空领域具有广泛应用前景的高温结构材料。但单相的ZrB₂存在抗氧化性差的缺点，限制了其应用范围。ZrB₂在氧化过程中生成的B₂O₃液相在1000℃以上的高温环境会剧烈挥发，失去保护作用，留下的多孔氧化层同样无法抑制氧气扩散，抗氧化性能急剧下降。William G.Fahrenholtz等^[1]研究了ZrB₂陶瓷室温-1500℃的氧化行为，发现ZrB₂在1000℃以上开始快速氧化，B₂O₃的快速挥发是ZrB₂抗氧化性下降的主要原因。

目前，对ZrB₂涂层最为常见的改性方法为在ZrB₂中掺入一定体积比含硅添加剂，如MoSi₂。Yan Jiang等^[2]采用浆料浸渍和硅蒸汽渗透法在石墨基体上制备了ZrB₂-MoSi₂-SiC-Si复合涂层，并在1600℃静态环境下考核了该材料的抗氧化性能。10小时氧化后，涂层表面形成大量的液相SiO₂，起到良好的阻氧渗透作用。Mao jin-yuan等^[3]采用大气等离子喷涂技术在C/C复合材料上制备了ZrB₂-40wt.％MoSi₂涂层，研究其在1500℃的抗氧化性能。结果表明MoSi₂有效提高了ZrB₂涂层的抗氧化性能。

真空等离子喷涂又叫低压等离子喷涂，其火焰温度高、喷涂过程在惰性气体保护下进行，以粉体为原料，因此适合制备超高温复合涂层。此外真空等离子喷涂还具有沉积效率高、厚度可控、适合工业化生产等特点。胡翠等^[4]发现真空等离子喷涂技术制备的ZrC涂层具有结构致密、热导率高、孔隙率和热膨胀系数低的特点。

根据研究报道，MoSi₂可用于提高ZrB₂超高温陶瓷涂层的抗烧蚀性能。其主要原因在于，MoSi₂在高温环境下反应形成的玻璃相SiO₂能够封填氧化层中的裂纹、气孔，提高涂层的抗气流冲刷性能，并降低氧气扩散速率。但玻璃相SiO₂在1650℃以上烧蚀环境的热力学稳定性较差，挥发速度较快。由于多孔ZrO₂氧化层并不具备抵御强气流冲刷和良好阻氧性能，因此需要对以上涂层体系进行一定的改性。

参考文献：

[1]William G.Fahrenholtz*,w.Gregory E.Hilma,Refractory Diborides ofZirconium and Hafnium,Journal of the American Ceramic Society,90(2007)1347–1364.；