[发明专利]一种碳/碳复合材料表面中低温长时间抗氧化涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳/碳(C/C)复合材料抗氧化技术领域，具体涉及一种碳/碳复 合材料表面中低温长时间抗氧化涂层的制备方法。

背景技术

碳/碳复合材料具有比强度高、高温力学性能好、热导率高、热膨胀系数小、 抗热震性能优异等特点而广泛应用于航空航天、核工业以及民用领域。然而，抗 氧化性能差是C/C复合材料的致命缺点，在450℃以上就会被气氛中的氧所氧化 而使其性能下降。有研究表明，当C/C复合材料的氧化失重率达到1％和10％时， 材料强度分别下降10％和30％，这极大限制了C/C复合材料的应用。因此，提 高C/C复合材料的抗氧化性能成为一个重要的课题，其中一个难点就是如何实 现碳/碳中低温抗氧化。

文献1“L.L.Hou,R.Y.Luo,Y.H.Bi,J.Li,J.H.Luo,Z.H.Jin,A phosphate-basedantioxidationcoatingforcarbon/carboncomposites,NewCarbon Mater.21(2006)355-358.”公开报道了一种磷酸盐基碳/碳中低温抗氧化涂层，该 涂层采用涂刷工艺制备，可以实现一定的中低温抗氧化。但当测试温度提高到 750-800℃时，涂层使用时间下降，50h内氧化失重率超过1％。

文献2“S.W.Fan,L.T.Zhang,L.F.Cheng,Y.D.Xu,N.N.Yao,Preparationand propertiesofself-HealingcoatingforC/SiCbrakematerials,Int.J.Appl.Ceram. Technol.5(2008)204–209.”公开报道了一种硼硅酸盐中低温抗氧化涂层，该涂 层以四乙氧基硅烷和硼酸三乙酯为前驱体采用溶胶-凝胶工艺制得。所制备的涂 层光滑致密具有一定的抗氧化性能，但800℃使用10h后氧化失重率呈明显上升 趋势。

目前，碳/碳复合材料中低温抗氧化涂层主要以单层硼硅酸盐和磷酸盐为主， 少有双层涂层的文献或专利报道，且所见报道的涂层都难以实现长时间的抗氧 化，尤其是在800-1000℃范围内。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳/碳复合材料表面中低温长时间抗氧化涂层的 制备方法，所制备抗氧化涂层实现了碳/碳复合材料在中低温段有氧环境下的长 时间抗氧化使用。

本发明的技术方案是：

一种碳/碳复合材料表面中低温长时间抗氧化涂层的制备方法，该方法包括 如下步骤：

(1)碳/碳复合材料表面制备碳化硅涂层：

选用密度1.6-1.7g/cm³的碳/碳复合材料为原料，对其预处理后进行化学气相 沉积，沉积温度900-1200℃，沉积压力5-10mmHg，原料气体为三氯甲基硅烷 (MTS)、氢气和氩气，其中：三氯甲基硅烷(MTS)流量为20-200g/h，氢气流 量为0.02-0.2m³/h，氩气流量0.02-0.2m³/h；

该步骤中，碳/碳复合材料的预处理过程为：将碳/碳复合材料依次用120#和 400#碳化硅砂纸打磨后，在蒸馏水中超声波震荡清洗30-60min，清洗后的碳/碳 复合材料在120-160℃下烘干24-48h备用。

该步骤中，化学气相沉积过程时，将碳/碳复合材料放入化学气相沉积炉内 的石墨坩埚中进行，石墨坩埚底部钻有小孔以保证气体流通。

该步骤中，化学气相沉积过程中，每次沉积碳化硅时间为12-20h，沉积一次 后取出样品，翻面放置后再沉积下一次，沉积次数为偶数，累积沉积时间为 48-80h。

(2)配制涂层浆料：将氧化硼(B₂O₃)、碳化硼(B₄C)、二氧化硅(SiO₂)和 氧化铝(Al₂O₃)粉末过300目筛，球磨共混12-24h获得混合粉末，混合粉末中 氧化硼为20-65wt.％，碳化硼为5-15wt.％，二氧化硅为25-50wt.％，氧化铝为 1-20wt％；向所述混合粉末中加入pH为8.5-10的硅溶胶，混合粉末与硅溶胶的 重量比例为(0.3-3):1，机械搅拌后制得涂层浆料；