[发明专利]一种高温隔热防护涂层结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高温隔热防护涂层结构及其制备方法，包括依次层叠在SiC/SiC复合材料基体表面的添加MoSi₂或SiC的ZrB₂抗氧化底层，Sc₂O₃、Y₂O₃共掺杂ZrO₂隔热层以及LaMgAl₁₁O₁₉耐烧蚀功能层。本发明把功能不同的抗氧化、隔热、耐烧蚀涂层结合起来，形成三层结构复合涂层体系，本发明的高温隔热防护涂层可应用于SiC/SiC复合材料超高温部件的热防护。

技术领域

本发明涉及高温涂层制备技术领域，尤其是一种高温隔热防护涂层结构及其制备方法。

背景技术

目前碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiC/SiC)部件工作温度已经提高到1700℃甚至更高。由于无热防护涂层的SiC/SiC复合材料在高温水蒸汽及有氧环境中性能将严重退化，因此高温隔热防护涂层对于SiC/SiC复合材料的高温应用十分必要。

目前SiC/SiC复合材料表面含氧化硅的钡锶铝硅(BSAS)、稀土硅酸盐热防护涂层工作温度不高于1500℃。采用单一碳化锆或二硼化锆的热防护涂层1700℃环境下单独使用容易在加热过程中产生裂纹甚至剥落，工作寿命很短。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种新型高温隔热防护涂层结构及其制备方法，该涂层与SiC/SiC复合材料物理及化学性能相容性好，涂层与SiC/SiC复合材料结合良好，具有抗氧化、隔热及耐烧蚀的显著特点，工作温度可达1700℃，本发明的高温隔热防护涂层导热系数低、抗高温氧化、耐烧蚀、高温组织结构稳定，可用于SiC/SiC复合材料超高温部件抗氧化、隔热及耐烧蚀防护，具有明显的应用前景。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一方面，提供一种高温隔热防护涂层结构，包括：

依次层叠在SiC/SiC复合材料基体表面的添加MoSi₂或SiC的ZrB₂抗氧化底层，Sc₂O₃、Y₂O₃共掺杂ZrO₂材料的隔热层以及LaMgAl₁₁O₁₉耐烧蚀功能层；

优选地，所述抗氧化底层是采用真空等离子喷涂技术在所述基体上喷涂制备，MoSi₂或SiC的体积分数为20～30％，添加MoSi₂或SiC的ZrB₂粉末材料粒径处于5～40um；真空等离子喷涂功率40～50KW，送粉速率20～30g/min，喷涂距离180～240mm，底层厚度0.15～0.20mm。

优选地，所述隔热层是采用大气等离子喷涂技术在所述抗氧化底层上喷涂制备，Sc₂O₃摩尔分数为5.0～7.5％、Y₂O₃摩尔分数为0.5～1.5％，粉末材料粒径处于10～50μm；大气等离子喷涂功率40～45KW，送粉速率30～40g/min，喷涂距离60～80mm，隔热层厚度0.20～0.25mm。

优选地，所述耐烧蚀功能层是采用大气等离子喷涂技术在所述隔热层上喷涂制备，LaMgAl₁₁O₁₉粉末材料粒径处于10～50μm；大气等离子喷涂功率35～40KW，送粉速率25～35g/min，喷涂距离60～80mm，耐烧蚀功能层厚度0.15～0.25mm。

另一方面，还提供了一种高温隔热防护涂层的制备方法，包括：

采用真空等离子喷涂技术在SiC/SiC复合材料基体上制备添加MoSi₂或SiC的ZrB₂抗氧化底层；