[发明专利]一种(Nb/C/SiC)n多层抗氧化涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗氧化涂层及其制备方法，特别是涉及一种(Nb/C/SiC)_n多层抗氧化涂层及其制备方法。

技术背景

C/C复合材料在超过450℃的氧化气氛下开始发生氧化反应，氧化失重将使得材料的力学性能明显下降，从而限制了其在氧化气氛下的应用。目前，C/C复合材料的抗氧化措施主要有两类：(1)内部保护，对碳纤维和碳基体进行改性处理，来提高C/C复合材料的高温抗氧化性能。(2)外部涂层，通过在材料表面进行各类涂层防止含氧气体接触扩散来提高C/C复合材料的高温抗氧化性能。机体改性制备的C/C复合材料抗氧化温度均在1200℃以下，远远不能达到航空航天对材料耐高温性能的要求。涂层技术将是解决C/C复合材料氧化问题的有效的途径。

文献“申请号为200810079793.5的中国专利”公开了一种对碳材料进行碳化硅涂层的方法，将一定比例的硅粉制成悬浮液，以碳材料为电极，得到包袱一层硅的碳材料，然后进行高温烧结，得到碳化硅涂层。文献“申请号为200310231996.1的中国专利”公开了一种碳/碳复合材料纳米碳化硅外涂层的制备方法，将纳米碳化硅制成悬浮液，放入水热反应釜中，将碳/碳复合材料放在阴极上，进行电泳沉积，得到碳化硅涂层。

上述专利都可以获得较好的涂层，在高温氧化环境下，SiC涂层通过在表层氧化生成二氧化硅膜阻挡氧原子的扩散浸入，提高了碳基材料的抗氧化性能。但这些涂层都有一个共同的问题：所制备的涂层过于单一，在高温气流冲蚀作用下，表层的二氧化硅膜很容易剥落，导致底层的碳化硅暴露出来，不断的被氧化和剥落，最终导致碳化硅涂层的快速失效。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的缺陷，提供了一种具有高性能的多层抗氧化涂层及其制备方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：提供一种(Nb/C/SiC)n多层抗氧化涂层，具有重复叠层结构，其特征在于由SiC层、C层和Nb层三种材料重复叠层组成。所述的重复叠层结构中每一组循环包括SiC层、C层、Nb层和C层四层，循环次数为2～5次，Nb层的两侧都是C层，SiC的两侧都是C层，最外层为SiC层。SiC层的厚度为10～30μm，C层的厚度为5～20μm，Nb层的厚度为5～20μm。

本发明通过以下步骤实现：

(1)采用化学气相沉积的方法在石墨或者C/C复合材料的表面沉积一层SiC层；SiC层的沉积条件如下：三氯甲基硅烷为前驱体，氩气为稀释气，氢气为载气，沉积温度800～1200℃，沉积时间5～20h；

(2)通过化学气相沉积法沉积C层，C层的沉积条件如下：以甲烷为源物质，氩气为稀释气体，沉积温度为800～1200℃，沉积时间3～10h；

(3)通过化学气相沉积法沉积Nb层，Nb层的沉积条件如下：以金属Nb为源物质，氩气为稀释气，氯气为反应气体，沉积温度为1000～1600℃，沉积时间3～10h；

(4)重复(2)(1)(3)；

(5)重复(4)2～5次；

(6)重复(2)；

(7)重复(1)。

本发明的有益效果：(1)由于Nb层的两侧都是C层，可形成具有梯度分布的NbC层，由因为NbC层致密可有效的阻止氧的扩散，有效提高抗氧化性能；(2)由于涂层的交替沉积能够有效缓解涂层之间热膨胀系数不同的问题，可显著提高涂层的热震性能；(3)通过控制沉积时间和沉积次数可控制基体的厚度和层数，可实现对复合涂层微观结构的控制。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例

一种(Nb/C/SiC)_n多层抗氧化涂层，其特征在于由SiC层、C层和Nb层三种材料依次重复叠层组成。所述的重复叠层结构中每一组循环包括SiC层、C层、Nb层和C层四层，循环次数为3次，Nb层的两侧都是C层，SiC的两侧都是C层，最外层为SiC层。SiC层的厚度为20μm，C层的厚度为10μm，Nb层的厚度为10μm。

本发明通过以下步骤实现：

(1)采用化学气相沉积的方法在石墨或者C/C复合材料的表面沉积一层SiC层；SiC层的沉积条件如下：三氯甲基硅烷为前驱体，氩气为稀释气，氢气为载气，沉积温度1000℃，沉积时间10h；