[发明专利]一种碳/碳材料C-AlPO4-莫来石-硅酸锆复合外涂层的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种制备碳/碳复合材料复合外涂层的方法，具体涉及一种阴极旋转微波水热电泳电弧放电沉积方法制备表面均匀无微裂纹产生，且厚度均一无贯穿性孔洞和裂纹产生的碳/碳材料C-AlPO₄-莫来石-硅酸锆复合外涂层的制备方法。

背景技术：

C/C复合材料又被称为碳纤维碳基复合材料，由于其只有单一的碳元素组成，不仅具有炭及石墨材料优异的耐烧蚀性能，低密度、热膨胀系数低等优点，而且高温下还有优异的力学性能。尤其是其强度随温度的增加不降反升的性能，使其成为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，即在高温氧化性气氛下极易氧化，使其力学性能随之下降大大地限制了C/C复合材料的应用范围，因此对其进行高温抗氧化防护对其高温应用具有重要的意义。

抗氧化涂层被认为是解决碳/碳复合材料高温氧化防护问题的有效方法。SiC涂层由于与C/C复合材料的物理、化学相容性好而普遍作为过渡层使用，但是单一的SiC涂层不能对C/C基体提供有效的保护，因而复合涂层成为当前的研究热点。

到目前为止，外涂层的制备方法有很多种，例如SiC晶须增韧MoSi₂-SiC-Si涂层[Fu Qian-Gang,,Li He-Jun,Li Ke-Zhi,Shi Xiao-Hong,Hu Zhi-Biao,Huang Min,SiC whisker-toughened MoSi₂–SiC–Si coating to protect carbon/carbon composites against oxidation,Carbon.2006，44，1866.]、MoSi₂/SiC涂层[Huang J F,Wang B,Li H J,et al.A MoSi₂/SiC oxidation protective coating for carbon/carbon composites.Corrosion Science,2011,2(53):834-839.]、SiC-MoSi₂-(Ti_0.8Mo_0.2)Si₂复合涂层[Jiao G S,Li H J,Li K Z,et al.SiC-MoSi₂-(Ti_0.8Mo_0.2)Si₂ multi-composition coating for carbon/carbon composites.Surf.Coat.Technol,2006,201(6):3452-3456.]等。硅酸锆（硅酸锆）具有很低的渗氧率，能在1500℃高温环境下稳定存在，且不发生相变，因此选用硅酸锆做为外涂层材料，具有成本低，效果好的特点。莫来石热膨胀系数(5.1×10^-6/K)和SiC内涂层(.5×10^-6/K)极其相近，具有良好的物理化学相容性，并且高温度下莫来石自身能与氧气能生成低氧渗透率和高温稳定性良好的SiO₂和Al₂O₃，可以大大提高涂层的高温抗氧化性能。而方石英型磷酸铝(C-AlPO₄)由于其热膨胀系数(5.5×10-6/℃)与SiC(4.3～5.4×10-6/℃)很匹配，并且可以充分地铺展在基体材料表面，高温下的熔体特性能有效地防止涂层裂纹和缺陷的产生，减少基体材料的氧化活性点及基体材料与涂层系统的热膨胀失配，是很有潜力的高温涂层材料。到目前为止，用其作为抗氧化涂层的研究还很少见报道。