[发明专利]一种C/C复合材料表面HfC‑SiC涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于C/C复合材料表面涂层的制备方法，具体涉及一种C/C复合材料表面HfC-SiC涂层的制备方法。

背景技术

碳/碳(C/C)复合材料是以碳(或石墨)纤维及其织物为增强体，以碳(或石墨)为基体构成的全碳质复合材料。该材料具有一系列优异性能，如高强度、高模量、低蠕变、低热膨胀系数、耐摩擦等。然而，高温氧化性气氛下极易氧化的特性大大限制了C/C复合材料作为高温结构材料的应用。在C/C复合材料表面制备涂层是提高其高温下抗氧化能力的常用手段。SiC涂层与C/C复合材料具有良好的物理化学相容性，特别是其在高温下可与氧反应生成具有自愈合能力的SiO₂玻璃态保护薄膜，可以有效提高C/C复合材料高温下的抗氧化性能。由于SiO₂玻璃层在1600℃以上的超高温下容易挥发，且其在超高温长时间使用时，会在玻璃层中形成一些孔洞和气泡，从而会导致SiC涂层的失效。因此，SiC涂层的使用范围就受到了限制。在SiC涂层中添加HfC，高温氧化环境下生成的Hf-Si-O的复相玻璃层可以有效增强SiC涂层高温下的稳定性。

文献一“Ye Y,Zhang H,Tong Y,et al.HfC-based coating prepared by reactive melt infiltration on C/C composite substrate[J].Ceramics International,2013,39(5):5477–5483.”采用反应熔渗法在C/C复合材料表面制备了HfC基陶瓷涂层，有效提高了C/C复合材料的抗烧蚀性能。但上述研究在涂层中制备过程中，有较多副产物(ZrC和SiC)的生成，同时反应熔渗法较难控制，易造成C/C基体的损伤。

文献二“Wang Y,Li H,Fu Q,et al.SiC/HfC/SiC ablation resistant coating for carbon/carbon composites[J].Surface and Coatings Technology,2012,206(s19–20):3883-3887.”采用化学气相沉积法在C/C复合材料表面制备了SiC/HfC/SiC涂层。1500℃空气环境下氧化66h后涂层C/C复合材料的失重率仅为2.3％。该研究选用化学气相法制备多层涂层，涂层间的结合力较弱，在高低温交变热循环条件下涂层较容易开裂。

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C/C复合材料表面HfC-SiC涂层的制备方法，进一步提高C/C复合材料高温下的抗氧化性能。

技术方案

一种C/C复合材料表面HfC-SiC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：将热梯度化学气相渗透法制成的C/C复合材料超声清洗后烘干；

步骤2、在C/C复合材料表面构造多孔层：将氧乙炔枪以90°角对准预处理后的C/C复合材料进行烧蚀,烧蚀结束后采用超声清洗，并烘干；

所述氧乙炔枪与C/C复合材料的距离为8～12mm，烧蚀时间为25～50s；

步骤3、采用聚合物浸渍裂解法在C/C复合材料表面引入HfC陶瓷：

步骤a、真空浸渍：将步骤2得到的C/C复合材料放入浸渍罐中，抽真空至-0.08～-0.10MPa；抽真空5～10min；将浸渍溶液加入浸渍罐中，直至C/C复合材料完全淹没，真空浸渍30～90min后取出并烘干；所述浸渍溶液为质量分数为50～70％的HfC先驱体，及35～55wt.％的二甲苯的混合溶液；

步骤b、热处理：将浸渍后的C/C复合材料在氩气炉中进行热处理，其中氩气流量为400～600ml/min；以2～6℃/min升温速度升温到1400～1800℃，保温2～5h，随炉冷却至室温；

重复真空浸渍和热处理过程多次；

步骤4、包埋浸渗法引入SiC陶瓷：将步骤3得到的C/C复合材料埋入坩埚的粉料中，一并置于包埋炉中，通入氩气以4～8℃/min的升温速率将包埋炉升温到1900～2300℃，保温1～4h，在C/C复合材料表面制备HfC-SiC涂层；所述粉料为：质量百分比为65–80％Si粉，质量百分比为10–25％C粉和质量百分比为5–15％Al₂O₃粉，球磨混合处理成混合粉料。

所述C/C复合材料的密度为1.65～1.75g/cm³。