[发明专利]一种C/C复合材料表面制备抗热震性能优越的Si‑Mo‑Cr涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于在C/C复合材料表面制备涂层的方法，具体涉及一种C/C复合材料表面制备抗热震性能优越的Si-Mo-Cr涂层的方法。

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材料，以碳(或石墨)为基体，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料。由于C/C复合材料是由碳基体与增强碳纤维组成，碳在高温下容易氧化，导致各种性能明显下降。在表面制备抗氧化涂层可以有效提高C/C复合材料高温下的服役稳定性。硅基陶瓷涂层，如Si-Mo-Cr涂层，在高温下可与氧反应生成具有自愈合能力、氧渗透率较低、均匀连续致密的SiO₂玻璃态保护薄膜，可实现C/C基体与氧的隔绝。尽管与C/C复合材料具有良好化学相容性，当受到从室温至高温的热冲击时，Si-Mo-Cr涂层与C/C基体间因热膨胀失配产生的热应力会导致涂层开裂剥落。

目前，添加SiC纳米线来增强增韧硅基陶瓷涂层，可以有效抑制涂层的开裂趋势，提高涂层的抗氧化能力。文献一“Chu Y,Li H,Li L,et al.Oxidation protection of C/C composites by ultra-long SiC nanowire-reinforced SiC–Si coating[J].Corrosion Science,2014,84(3):204-208.”在SiC–Si涂层中引入SiC纳米线，有效抑制了涂层中裂纹的扩展，1500℃氧化160h后试样的失重率仅为0.44％。上述研究在涂层中引入SiC纳米线，但涂层与C/C基体的界面结合状态仍未得到有效改善，涂层易剥落的问题依然存在。针对涂层与基体界面结合状态，文献二“Shan Y,Fu Q,Wen S,et al.Improvement in thermal fatigue behavior of Si–Mo–Cr coated C/C composites through modification of the C/C-coating interface[J].Surface and Coatings Technology,2014,258:114-120.”采用预氧化的办法在C/C复合材料(密度1.75g/cm³)表面构造多孔层，再采用包埋浸渗法在C/C基体和Mo–Si–Cr涂层间构造出镶嵌界面结构，使得涂层C/C复合材料在经受15次从1773K至室温的热循环后强度保持率达到了82.97％。该研究采用预氧化的办法首先构造出粗糙和多孔的表面结构，反应较难控制。而且氧化时间较长，会在一定程度上损伤C/C复合材料的力学性能。

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复合材料表面制备抗热震性能优越的Si-Mo-Cr涂层的方法，提高Si-Mo-Cr涂层在高低温交变环境中的抗热震性能，是一种构造C/C-Si-Mo-Cr镶嵌界面层和引入SiC纳米线相结合来提高Si-Mo-Cr涂层抗热震性能的方法。

技术方案

一种C/C复合材料表面制备抗热震性能优越的Si-Mo-Cr涂层的方法，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、在C/C复合材料表面制备SiC纳米线多孔层：

称取质量百分比为10～20％的Si粉，质量百分比为15～30％的C粉和质量百分比为55～75％的SiO₂粉，球磨处理后将混合粉料放入石墨坩埚底部；再将步骤2制备的含有多孔表面层的C/C复合材料用炭绳捆绑后悬挂在坩埚内的粉料上方；将石墨坩埚放入石墨发热体的真空反应炉中，对真空炉进行真空处理后，通氩气至常压，然后以5～10℃/min升温速度将炉温从室温升至1500～1700℃，保温1～3小时；随后关闭电源自然冷却至室温，全程氩气保护；