[发明专利]一种碳/碳复合材料表面金属钨梯度涂层的制备方法在审

专利信息
申请号: 201510655207.7 申请日: 2015-10-12
公开(公告)号: CN105198501A 公开(公告)日: 2015-12-30
发明(设计)人: 郭领军;彭坚;李贺军;李克智;付前刚 申请(专利权)人: 西北工业大学
主分类号: C04B41/88 分类号: C04B41/88
代理公司: 西北工业大学专利中心 61204 代理人: 王鲜凯
地址: 710072 *** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 复合材料 表面 金属 梯度 涂层 制备 方法
【说明书】:

技术领域

本发明属于碳/碳复合材料涂层制备领域,具体涉及一种碳/碳复合材料表面金属钨梯度涂层的制备方法。

背景技术

碳/碳(C/C)复合材料具有一系列其他材料无法比拟的优异性能,如低密度、比强度高、比模量大、抗烧蚀、耐摩擦、抗热冲击、损伤容限高、奇特的高温力学强度保持率和良好的可设计性,无论是应用于航天航空领域,核领域,生物医学以及汽车电子领域等,C/C复合材料都展现出巨大的应用前景。然而由于C/C复合材料的独特制备工艺以及炭材料自身结构,性能方面的局限,使得C/C复合材料出现一些自身无法克服的缺点,如高温抗氧化差,抗烧蚀性能不足,不耐冲蚀等一系列问题。金属钨(W)是目前已知熔点最高的金属,并且具有高强度、高弹性模量、低热膨胀系数等特性,是很好的抗烧蚀材料,围绕金属W研究的钨渗铜、钨渗银等钨合金已经广泛的应用于航空航天发动机喷管、导弹燃气舵等领域。如专利1“AdvancedMaterialsandProcessesforBoostPhaseNozzles,RobertHickman,TimothyMcKechnie.”中PPI公司利用真空等离子喷涂工艺制备了W-Re和W-Re-HfC净尺寸喷管,经固体火箭发动机热试车考核(含铝推进剂,工作压强9MPa、温度3000℃,工作时间>2.5s),喉部烧蚀率为零,表明金属W具有极强的抗烧蚀能力。但是W的密度过高,这限制了它在航天航空领域的应用,因此在低密度C/C复合材料的表面制备W涂层的研究,有望结合二者的优点制备出更好性能的材料。W涂层制备最成熟也最常用的技术是等离子喷涂,超音速等离子喷涂较其他热喷涂工艺粒子飞行速度更快,融化更充分,因此所得涂层结合强度更高,也更致密。然而由于W与C/C复合材料热膨胀系数不匹配,且物理化学相容性较差,C/C复合材料表面W涂层制备困难,并且涂层与基体的结合强度不理想,另一方面,W容易与C反应生成碳化钨(WC)脆性相造成涂层的失效。文献1“Behaviorofplasma-sprayedtungstencoatingsonCFCandgraphiteunderhighheatload,K.Tokunaga,N.Yoshida,N.Noda,Y.Kubota,S.Inagaki”分别在CFC复合材料和石墨表面采用PVD沉积出多层铼(Re)和钨(W)的过渡层,然后采用等离子喷涂制备出W涂层。但是此方法增加了工艺复杂性,使成本大为提高。因此目前在C/C复合材料表面制备W涂层还存在很多难点。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处,本发明提出一种碳/碳复合材料表面金属钨梯度涂层的制备方法。

技术方案

一种碳/碳复合材料表面金属钨梯度涂层的制备方法,其特征在于步骤如下:

步骤1、预处理C/C复合材料:将碳/碳C/C复合材料打磨使之表面粗糙化,然后分别用水和无水乙醇超声清洗,置于空气中晾干或者烘箱烘干;

步骤2:将Si粉,C粉,Al2O3粉按照65-80%,10-25%,5-15%的质量比混合均匀,作为包埋粉料放入石墨坩埚中,将步骤1所预处理C/C复合材料埋入粉料中,在碳/碳C/C复合材料表面制备出SiC/Si过渡层;

将坩埚放入高温真空石墨化炉在氩气保护气氛下,1800~2000℃保温2h,得到具有SiC涂层的C/C复合材料,然后用砂纸打磨使涂层表面平整,并进行清洗干燥;

步骤3:将40-60%的Si粉,30-50%的C粉,5-15%的W粉的质量比混合均匀,作为包埋粉料放入石墨坩埚中,将步骤2得到的具有SiC涂层的C/C复合材料埋入粉料中;

将坩埚放入高温真空石墨化炉在氩气保护气氛下,2000~2200℃保温2h,得到具有SiC/WSi2过渡层的C/C复合材料,然后用砂纸打磨使涂层表面平整,并进行清洗干燥;

步骤4:将PVA与水按1:7的比例在100℃恒温水浴箱中溶解混合配制成PVA胶液,将金属W粉与PVA溶胶以1:1的质量比混合,超声分散30min后形成均匀悬浊液,并进行造粒处理,得到直径30~50um的球型W喷涂粉料;

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