[发明专利]一种提高炭/炭复合材料耐高温氧化性能的方法

权利要求书

1.一种提高炭/炭复合材料耐高温氧化性能的方法，其特征在于：该方法使用双辉等离子表面冶金技术，先在炭/炭复合材料工件上制备Al渗层，然后渗入Ti和Nb在工件中形成Al-Ti-Nb合金涂层，最后再以耐高温氧化金属Zr、Ta或Cr中的一种作为靶材，通入硅烷作为反应气体，沉积过程为：每间隔10-40min通入硅烷5-30min，其流量为1-3sccm，形成包含金属和硅的复合涂层，停止通入硅烷的时间内，反应气氛中的硅烷含量不断减少，使得涂层中形成硅含量不断减少、金属含量不断增多的梯度复合涂层；硅烷的间歇式通入，使装置中硅烷的含量保持先增加后减少的趋势，涂层中硅和金属的含量呈梯度变化，在工件表面制备包含金属和硅的多层梯度复合涂层。

2.根据权利要求1所述的提高炭/炭复合材料耐高温氧化性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）Al渗层制备工艺如下：将炭/炭复合材料工件放入双辉等离子表面冶金装置内，以Al金属作为靶材，调整靶材与工件间距为16-20mm，抽真空至1Pa以下，通入惰性气体Ar，其流量为60-80sccm，开启源极和工件极电源，控制源极电压在300-500V，工件极电压在150-200V，工件温度为350-400℃，时间为0.5-2h，进行Al渗层的制备；

（2）Al-Ti-Nb合金涂层制备工艺如下：上述Al渗层制备结束后，使用由Ti丝和Nb丝固定在纯钛板上制作的复合靶更换铝靶，调整丝材下端到工件上表面间距为16-18mm，抽真空至1Pa以下，通入惰性气体Ar，其流量为60-80sccm，开启源极和工件极电源，控制源极电压在500-800V，工件极电压在350-500V，控制工件温度为500-600℃，时间为2-4h，进行Ti和Nb的沉积，高温下Ti、Nb和Al之间互扩散形成Al-Ti-Nb高温合金涂层；

（3）金属和硅的多层梯度复合涂层制备工艺如下：上述Al-Ti-Nb合金涂层制备结束后，将复合靶更换为用Zr、Ta或Cr中的一种金属板制作的靶材，调整靶材与工件间距为15-20mm，抽真空至1Pa以下，通入惰性气体Ar，其流量为60-80sccm，开启源极和工件极电源，控制源极电压在500-800V，工件极电压在350-550V，将工件温度升至700-900℃，沉积时间4-8h，沉积过程中每间隔10-40min通入硅烷5-30min，其流量为1-3sccm，形成包含金属和硅的复合涂层，停止通入硅烷的时间内，反应气氛中的硅烷含量不断减少，使得涂层中形成硅含量不断减少、金属含量不断增多的梯度复合涂层。

3.根据权利要求2所述的提高炭/炭复合材料耐高温氧化性能的方法，其特征在于：所述铝金属靶材的纯度为99.7-99.9%。

4.根据权利要求2所述的提高炭/炭复合材料耐高温氧化性能的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，复合靶由直径为1.5-3mm、长度为15-25mm、纯度为99.99%的Ti丝和99.95%的Nb丝穿在纯钛板上制作而成，Nb丝数量为Ti丝的10-20%。