[发明专利]一种耐高温抗氧化复合涂层及其制备工艺

说明书

本发明提供了一种耐高温抗氧化复合涂层的制备工艺，是通过将氨硼烷和二茂铁混合均匀后喷涂在C/C基体表面，高温高压环境下生成BN晶须；随后向反应釜中通入PCS，高温高压条件下继续在C/C基体表面沉积一层SiC涂层。同时，还提供了上述制备工艺获得涂层，在C/C基体材料中的应用，本发明中的BN晶须本身具有良好的耐高温性能，在SiC涂层和C/C基体之间起到良好的桥接作用，使得SiC涂层在C/C基体表面附着更紧密，高温氧化环境下也不易发生剥离。另外，采用本发明制备的SiC涂层，工艺简单，性能稳定，提高材料的耐高温、抗氧化性能。

技术领域

本发明属于涂层制备领域，特别是涉及一种耐高温抗氧化复合涂层及其制备工艺。

背景技术

C/C(炭/炭)复合材料由于其突出的比强度和比模量，在航空航天、武器装备、火箭导弹等领域展现了巨大的应用前景。但C/C材料在400℃空气环境下即开始氧化，限制了其作为高温热结构材料的应用。在C/C复合材料表面制备一层抗氧化涂层，是进一步提高复合材料力学性能及高温抗氧化性能的重要方法之一。目前，使用的涂层材料主要有SiC、Si₃N₄、B₄C以及高温难熔金属Zr、Hf、Ta、Cr的氧化物和碳化物。【李春华,黄可龙,李效东,等。聚碳硅烷先驱体转化法制备SiC涂层研究[J].材料科学与工艺,2005,13(2):222-224.】

SiC由于其高温下极低的热膨胀系数和良好的抗氧化能力，得到了国内外学者的广泛关注。C/C复合材料表面SiC涂层的制备主要有包括：包埋法、先驱体浸渍裂解法、溶胶凝胶法、液相渗透、气相沉积、等离子喷涂等。其中，先驱体浸渍裂解法具有工艺简单、产品的成分及结构可控、可设计性强等优点，是制备SiC涂层的理想方法。但是先驱体浸渍裂解法制备的SiC涂层在高温下容易从基体材料剥离，降低了高温下对C/C复合材料的防护性能。

发明内容

为了解决上述中的技术问题，本发明提供的一种耐高温抗氧化复合涂层的制备工艺，具体工艺步骤为

(1)C/C基体材料预处理

用砂纸打磨清除C/C基体材料表面浮凸部分；基体在酒精中清洗后于马弗炉中60-80℃烘干，备用；

(2)制备混合粉末1

二茂铁溶于乙醚中，室温下搅拌，向其中缓慢加入氨硼烷并搅拌0.5-2小时，随后将混合物置于马弗炉中于35-40℃干燥，直至有机溶剂完全挥发，得混合粉末1；

(3)喷涂混合粉末1

使用喷涂设备将混合粉末1预置在C/C基体材料表面，预置层的厚度为0.1-0.3mm；

(4)反应釜反应

将表面有预置层的C/C基体材料置于反应釜中，通入惰性气体，加压至2-3Mpa，以5-10℃/min升温至1500-1600℃，保温2-4小时；随炉冷却至600-850℃并保温；

(5)通入液态聚碳硅烷PCS继续反应釜中反应

用鼓泡法以惰性气体为载气，向反应釜中通入液态聚碳硅烷PCS；当反应釜内液态聚碳硅烷PCS浓度达到0.05-0.5mol/L时，以5-10℃/min的速率加热至1200-1400℃并保温4-8小时；随后停止通入液态聚碳硅烷PCS，保持惰性气体流量100-200ml/min，随炉冷却至室温；

(6)获得成品

C/C基体材料取出，再次用砂纸轻轻打磨表面浮凸部分，置于酒精中清洗并于马弗炉中60-80℃烘干。

作为改进，步骤(2)中，二茂铁、乙醚、氨硼烷的质量比为(0.5-2)：(5-10)：(30-50)。