[发明专利]一种炭/炭复合材料耐烧蚀涂层及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，特别指一种炭/炭复合材料耐烧蚀涂层及其制备工艺。

背景技术

炭/炭复合材料以其低密度、高比强度、耐烧蚀和耐热冲击等优异性能已成为冲压发动机喷管喉衬的首选材料之一。但炭/炭复合材料在空气中400℃以上开始氧化，氧化过程伴随着气体介质中的氧的流动，并且在杂质微粒的催化作用下，从材料边界通过材料内部孔隙扩散至内部，导致强度和其他机械性能的迅速衰减，并且氧化失重1%，其强度下降达10%，因此纯炭/炭复合材料难以长时间在非真空环境中承受高温、高速粒子流的冲刷。炭/炭复合材料表面涂覆涂层是提高其耐烧蚀性的有效途径。当前制备钨涂层的方法主要有等离子喷涂法和化学气相沉积法，表面涂层在2800℃左右30s范围内基本保证不脱落和不出现烧蚀坑，但对于更长时间处于2800℃和以上温度的耐烧蚀性仍悬而未决。

文献1：TheChemicalVaporDeposition（CVD）ofRefractoryMetalCarbides,H.O.Pierson，HighTemperatureMaterialsandProcesses，Vol.11，Nos.1-4，1993，pp.239-246”公开了一种采用化学气象沉积工艺在材料表面制备ZrC涂层的方法，可以制备涂层厚度为十到几十微米的ZrC涂层。该方法的不足之处在于设备复杂、成本高，且涂层与基片之间的结合较弱，容易脱粘。

文献2：“C/C-SiC复合材料制备方法及其应用现状，碳素，2008（2）：P29-P35”介绍了C/C-SiC复合材料的制备方法，分析了各种制备方法的优缺点，尤其对常用的PIP法和新发展起来的CVI+PIP混合工艺进行了重点介绍。文献指出采用单一的PIP法或者CVI+PIP法虽然能制备出高密度的C/SiC或者C/C-SiC复合材料，然而在PIP过程中会残留一定量的Si，自由的Si不可避免会与碳纤维发生反应，造成增强相碳纤维的损伤，导致碳纤维增韧补强作用降低，从而使材料的综合性能下降，特别是力学强度大幅降低，导致材料灾难性断裂。同时，其工艺流程复杂，需要反复浸渍多次。

另外，国内还有以SiC为过渡层的其他复合涂层，如SiC/MoSi2-CrSi2-Si（Li-He-Jun,FengTao,FuQian-Gang.OxidationanderosionresistanceofMoSi2-CrSi2-Si/SiCcoatedC/Ccompostitesinstaticandaerodynamicoxidationenvironment,Carbon,2012,48:1636-1642）等。然而，上述涂层达不到160-2500摄氏度高速离子流冲刷条件下的实际应用要求。

并且，上述所有文献所提供的耐烧蚀涂层存在一个共同的缺陷就是涂层结合强度较弱，在高速气流冲刷环境下，容易脱落，无法实现对基体的有效保护。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种采用包埋法制备的SiC过渡涂层，用以缓解炭/炭复合材料基体与外层钨涂层的热膨胀系数；利用等离子喷涂技术在SiC过渡层表面喷涂钨外涂层；最后对炭/炭复合材料制备件进行热处理消除涂层应力，实现了炭/炭复合材料长达120s处于2800℃烧蚀环境且涂层不脱落的炭/炭复合材料耐烧蚀涂层及其制备工艺。

本发明采取的技术方案如下：一种炭/炭复合材料耐烧蚀涂层，包括SiC过渡层及钨粉喷涂层，SiC过渡涂层覆盖在基体的表层，钨粉喷涂层喷覆在SiC过渡涂层表面，SiC过渡涂层缓解基体与钨粉喷涂层的热膨胀系数的差异，使钨喷涂层与基体在烧蚀环境下不脱落；其中，上述SiC过渡涂层包括以下质量比组成成分：

70-80%Si粉、10-20%C粉、5-15%Al₂O₃粉。

优选地，所述的基体为炭/炭复合材料。

一种炭/炭复合材料耐烧蚀涂层的制备工艺，包括以下工艺步骤：

（a）基体表面处理：将炭/炭复合材料的基体表面用砂纸打磨抛光后用蒸馏水和无水乙醇清洗后，干燥；