[发明专利]一种用于C/ZrC-SiC复合材料的抗氧化涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于C/ZrC‑SiC复合材料的抗氧化涂层及其制备方法。抗氧化涂层包括在C/ZrC‑SiC复合材料上依次交替形成的HfC‑HfB₂涂层和SiC涂层。制备方法包括在C/ZrC‑SiC复合材料的表面刷涂含有Hf粉、B粉、乙醇和酚醛树脂的陶瓷料浆，裂解后形成HfC‑HfB₂涂层，然后再沉积SiC涂层；重复上述步骤(N‑2)/2次，从而在C/ZrC‑SiC复合材料的表面上形成抗氧化涂层。本发明方法工艺简单、制备成本较低，解决了HfC‑HfB₂、SiC均匀分布以及与基体的结合问题，显著提高了C/ZrC‑SiC复合材料的耐烧蚀、抗氧化性能，进一步提高C/ZrC‑SiC复合材料的使用温度。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种用于C/ZrC-SiC复合材料的抗氧化涂层及其制备方法。

背景技术

碳纤维增韧碳化锆-碳化硅陶瓷基复合材料(即C/ZrC-SiC复合材料)是一种高性能的热结构材料。它克服了单相陶瓷材料脆性的致命弱点，具有低密度、耐高温、高强度、抗氧化和耐烧蚀等优异特性，可作为航空航天热结构材料，并已经在新一代飞行器的发动机燃烧室、尾喷管、端头上得到了应用。在长时间氧化环境下基体中的ZrC、SiC会被氧化为ZrO₂、SiO₂，当使用温度低于2200℃时，ZrO₂与SiO₂形成粘稠的玻璃态物质，可以阻止O₂的渗透，发挥较好的抗氧化作用。但是，当使用温度高于2200℃以后，ZrO₂由于相变作用，熔融的SiO₂物质粘度降低，逐渐失去对O₂的阻挡作用，使得碳纤维被氧化，材料的抗氧化性能急剧下降。因此，传统C/ZrC-SiC复合材料的长时抗氧化使用温度不超过2200℃。

随着新一代飞行器的飞行速度越来越快，其热结构件面临着极高温氧化环境，最高温度超过2200℃，传统C/ZrC-SiC复合材料无法满足使用要求，需要对其进行高温抗氧化改性。一种有效的改性方法是在C/ZrC-SiC复合材料基体表面制备抗氧化复合涂层。

中国专利申请CN201310545292.2利用悬浮液电解法制备了碳/碳复合材料HfB₂抗氧化外涂层，但该方法制备的HfB₂涂层与基体结合强度低，且不适合构件的大规模制备。中国专利申请CN201410133088.4利用喷涂法制备了ZrB₂-SiC复合涂层，但是ZrB₂容易氧化生成ZrO₂，其熔点较低，涂层的高温抗氧化效果一般。中国专利申请CN200610091392.2利用包埋法结合CVD法制备了TaSi₂/SiC复合涂层，但是TaSi₂的沉积温度较高，超过1800℃，成本高且容易损坏碳纤维。中国专利申请CN201811107448.8制备了一种抗氧化涂层，该抗氧化涂层包括依次交替地形成在C/SiC复合材料上的HfB₂涂层和SiC涂层，虽然该抗氧化涂层能够增强复合材料的抗氧化性能，使得C/SiC复合材料的使用温度得以提高至2200℃，但HfB₂涂层在高温氧化气氛下，会氧化生成B₂O₃、HfO₂，而低熔点的B₂O₃在高温下容易挥发，留下孔隙，氧容易扩散进入基体内部，从而导致C/SiC复合材料在温度高于2200℃时，仍然存在抗氧化性能较差的问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种用于C/ZrC-SiC复合材料的抗氧化涂层及其制备方法以进一步提高C/ZrC-SiC复合材料的长时耐高温抗氧化能力。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种用于C/ZrC-SiC复合材料的抗氧化涂层，所述抗氧化涂层包括在C/ZrC-SiC复合材料上依次交替形成的HfC-HfB₂涂层和SiC涂层。