[发明专利]一种碳化硅陶瓷表面激光熔覆玻璃膜层的制备方法、及复合材料

说明书

本发明涉及一种碳化硅陶瓷表面激光熔覆玻璃膜层的制备方法、及复合材料，所述碳化硅陶瓷表面激光熔覆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碳化硅陶瓷表面，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；（5）将所述玻璃膜层于800℃‑1000℃进行热处理。

技术领域

本发明涉及一种碳化硅陶瓷表面激光熔覆玻璃膜层的制备方法及包含该玻璃膜层的复合材料，属于表面改性领域。

背景技术

碳化硅陶瓷材料具有化学稳定性、热导系数高、热膨胀系数小、密度低、耐磨性性能好、硬度大、机械强度优良、耐高温等特点，被广泛的应用于火箭尾气喷管、热交换器、核反应堆材料、电热元件等，还是空间反射镜的重要基体材料。

电热元件等领域，碳化硅陶瓷的高温氧化严重的影响了它的使用。在干燥的高温氧化环境中，碳化硅的表面会缓慢的生长一层致密的二氧化硅保护膜，可以延缓进一步的氧化。随着氧化温度的继续升高，在800℃-1400℃玻璃态二氧化硅膜发生晶化，保护膜结构变得疏松，进而导致碳化硅进一步被氧化。同时在足够高的温度下或者较低的氧分压条件下，碳化硅将被氧化成气态一氧化硅，此时二氧化硅保护层作用也将失去。因此为了提高碳化硅材料的抗氧化性能，在其表面制备一层致密二氧化硅膜层是很好的解决方案。

在空间反射镜领域，碳化硅陶瓷已经成为首选材料，其中反应烧结碳化硅陶瓷应用也较为广泛。但是反应烧结碳化硅中还有10wt％-20wt％的硅，而碳化硅的莫氏硬度为9.5，硅的莫氏硬度为7，在镜面抛光的过程中因为两者的硬度差异带来很多困难。并且直接抛光的碳化硅表面粗糙度达仅能达到3nm-4nm，不能满足光学应用的要求。因此在其表面制备一层高致密、光滑的膜层对其改性成为关键技术之一。

传统的化学气相沉积、物理气相沉积、等离子喷涂等方法在碳化硅陶瓷表面制备一层薄膜的效率低、受设备限制，并且对制备的环境要求很高，增加了制备成本。

发明内容

针对传统方法制备膜层存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种方便快速的碳化硅陶瓷表面改性的方法，该发明采用激光熔覆的方法在碳化硅陶瓷表面制备玻璃膜层来达到工程应用的要求。

一方面，本发明提供一种碳化硅陶瓷表面激光熔覆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碳化硅陶瓷表面，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；

(5)将所述玻璃膜层于800℃-1000℃进行热处理。

本发明中，采用激光熔覆的技术可以在碳化硅陶瓷(基体)上制备一层高致密、光滑的玻璃膜层，并且激光熔覆玻璃膜层技术具有更快的制备速度，加工过程方便灵活，不受基体形状的限制。抛光前玻璃膜层的表面粗糙度可小于3nm，而且玻璃的莫氏硬度可在6.0左右，更有利于后期的抛光加工过程来达到光学应用的粗糙度要求。采用碳化硅陶瓷作为基体，碳化硅陶瓷具有密度低、弹性模量高、导热系数高、热膨胀系数低、热稳定性好等优点采用激光熔覆玻璃膜层技术可以在很大程度上降低制造成本，为膜层科学的发展提供有力的技术支持。激光熔覆后采用热处理，使玻璃达到熔融的状态，通过熔融玻璃的流动，填充孔洞裂纹缺陷，增加玻璃膜层的致密度，热处理后的玻璃膜层表面粗糙度达到了改善，小于3nm，可以直接进行纳米级别的抛光，同时热处理过程也可减小玻璃膜层中的残余应力，减小膜层开裂的可能性。