[发明专利]纳米纤维增韧碳化硅表面环境屏障陶瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米纤维增韧碳化硅表面环境屏障陶瓷涂层及其制备方法，属于涂层制备领域，YAG的引入提高了稀土锆(铪)酸盐和基体的热适配性，相比低熔点的它在长时间高温热防护阶段可以起到部分微裂纹愈合的作用；同时SiC的氧化产物与锆铪氧化物、YAG组分形成高温固溶体可有效愈合裂纹，阻止氧气的渗入；另外YAG纳米纤维的引入和含YAG涂层的复合涂层有着良好的化学相容性，可以形成较为致密的涂层，提高复合涂层的韧性，从而提高纳米纤维增韧复合涂层的高温稳定性。该涂层能够起到有效阻氧隔热的作用，延长SiC及复合材料的使用寿命。

技术领域

本发明属于涂层制备领域，涉及一种纳米纤维增韧碳化硅表面环境屏障陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

SiC具有优异的高温稳定性和良好的力学性能，常用作超高温结构复合材料，能够应用于C/C复合材料的热防护领域。随着热端结构部件服役环境的日趋恶劣，发展热障/环境屏障涂层体系，提高其服役温度和寿命成为含SiC基底复合材料未来应用的关键。稀有(锆)铪基复合氧化物(A₂B₂O₇,A＝稀土元素，B＝Zr(Hf))具有高熔点、低热导率及低的渗氧率等优异的性能，在环境热屏障领域广泛应用。YAG的低膨胀、低渗氧率及良好的高温稳定性也在高温热防护领域有着很好的前景。

文献“SiC/SiC-YAG-SZ oxidation protective coatings for carbon/carboncomposites.Yi Zeng,Xiang Xiong,Shun Guo,Wuzhuang Zhang.Corrosion Science,2013,70:68-73.”提到SiC在高温环境氧化和成分中的YAG-SZ，发生反应生成了Y₂Si₂O、Y₂SiO5等复合氧化物，它们起到愈合裂纹和钉扎作用，提高涂层的热防护寿命，但是长时间的高温氧化下，外涂层持续侵蚀防护作用下降。文献“Microstructure and thermal shockperformance of Y₂Hf₂O₇ coating deposited on SiC coated C/Ccomposite.Shengyue.Gu,Shouyang.Zhang,Fei.Liu,Guangying Liang,Wei Li.AppliedSurface Science.2018,455:849-855.”指出超音速等离子喷涂可以在SiC涂层表面制备出微观结构良好的氧化物涂层，氧化物涂层的制备提高了SiC及复合材料使用寿命，但长时间热防护后涂层表面出现裂纹导致涂层阻氧隔热作用降低，SiC层得以氧化，继而引发复合材料的失效。

综上所述，SiC表面氧化物涂层仍面临热适配、涂层愈合能力不足的问题。改善氧化物涂层的韧性，开发多功能涂层体系是扩展SiC基复合材料在极端环境应用面临的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中，SiC表面氧化物涂层存在愈合能力不足的缺点，提供一种纳米纤维增韧碳化硅表面环境屏障陶瓷涂层及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种纳米纤维增韧碳化硅表面环境屏障陶瓷涂层，纳米纤维增韧碳化硅表面环境屏障陶瓷涂层为YAG-A₂B₂O₇；

A为三价稀土元素，B为Zr或Hf；

纳米纤维为YAG纳米纤维；

碳化硅为SiC涂层或基体。

优选地，以质量份数计，纳米纤维增韧碳化硅表面环境屏障陶瓷涂料包括，0.5～10份YAG纳米纤维、50～89.5份A₂B₂O₇和10～40份YAG粉体。