[发明专利]一种C/SiC复合材料表面激光熔覆强结合玻璃膜层的制备方法

说明书

本发明涉及一种C/SiC复合材料表面激光熔覆强结合玻璃膜层的制备方法，包括：（1）将玻璃粉、粘结剂和溶剂混合，得到混合悬浮液；（2）将所得混合悬浮液喷涂在C/SiC复合材料表面，再经烘干，得到预制膜层；（3）将所得预制膜层加热至150～200℃并进行激光熔覆处理；（4）重复步骤（2）和（3）直至达到玻璃膜层所需的厚度。

技术领域

本发明涉及一种C/SiC基材表面采用激光熔覆玻璃膜层进行表面改性的方法，属于表面改性领域。

背景技术

C/SiC复合材料具有高强度、高热导、低密度、易加工、使用温度范围广等特性。在航空航天、气体涡轮机、固体火箭发动机推进系统、核聚变等领域具有很高的实用价值。但在中等温度下基体表面产生的裂纹会使氧气向基体内部渗透，进一步氧化，导致材料变脆，极大的降低材料的性能。现有技术一般可以在基体表面制备高致密的抗氧化膜层来解决这一问题。

另外空间光学系统的快速发展对大口径、轻量化反射镜的需求越来越迫切，碳化硅光学部件已经难以满足未来发展需求。C/SiC复合基材作为新一代的卫星反射镜基体材料，可以满足轻量化和高分辨率的双重要求。由于碳纤维和残碳的存在，直接抛光的C/SiC复合基材表面会有孔洞存在，作为光学部件，其表面光洁度达不到光学应用的要求。因此，在反射镜的制备过程中，在其表面制备一层强结合、高致密的膜层成为了关键技术之一。

然而，传统的化学气相沉积、物理气相沉积、等离子喷涂等方法在C/SiC复合材料表面制备一层薄膜的效率低、受设备限制，膜层的结合力较低，采用划痕法测试的结合强度大约30N左右，并且对制备的环境要求很高，增加了制备成本。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种C/SiC复合材料表面激光熔覆强结合玻璃膜层的制备方法，包括：

(1)将玻璃粉、粘结剂和溶剂混合，得到混合悬浮液；

(2)将所得混合悬浮液喷涂在C/SiC复合材料表面，再经烘干，得到预制膜层；

(3)将所得预制膜层加热至150～200℃并进行激光熔覆处理；

(4)重复步骤(2)和(3)直至达到玻璃膜层所需的厚度。

本发明中，采用激光熔覆的技术在C/SiC复合材料(基体)上制备一层强结合的高致密度玻璃膜层，由于玻璃膜层与基体(C/SiC复合材料)之间形成了冶金结合(主要是C/SiC复合材料中的SiC表面的二氧化硅与玻璃中的二氧化硅熔融结合)，使其具有更高的结合力。

较佳地，所述玻璃粉的主要组分包括SiO₂，所述SiO₂含量优选不低于90wt％；进一步优选地，所述玻璃粉的粒径为0.6～5μm，优选为2～3μm；更优选地，所述玻璃粉的热膨胀系数为3.74×10^-6K^-1。优选地，本发明中玻璃粉是根据这个是根据C/SiC复合材料的热膨胀系数选定的。

较佳地，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇中的至少一种，加入量不超过玻璃粉质量的1wt％；所述溶剂为乙醇、去离子水中的至少一种，混合悬浮液的固含量≤50wt％。

较佳地，所述预制膜层的厚度为10～30μm。

较佳地，所述激光熔覆处理的参数包括：激光功率为10W～90W，扫描速度为3mm/s～30mm/s，扫描间距为0.05mm～0.3mm。

较佳地，所述混合的方式为球磨混合，球磨混合后的混合悬浮液中玻璃粉的粒径≤1μm。

较佳地，将所得玻璃膜层进行抛光处理；优选地，所述抛光处理所用抛光液为氧化铈悬浮液。

较佳地，在喷涂混合悬浮液之前，将C/SiC复合材料进行表面的预处理。