[发明专利]一种用于陶瓷基复合材料的热/环境障涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于陶瓷基复合材料的热/环境障涂层及其制备方法。所述热/环境障涂层由内至外依次包括硅层、硅酸镱层、由氧化铪与硅酸镱混合而成的过渡层和氧化铪层。所述方法包括：将硅粉、硅酸镱粉和氧化铪粉分别装入低压等离子喷涂设备的送粉器中并进行干燥处理；将陶瓷基复合材料固定在低压等离子喷涂设备的真空室内的转动台上；通过低压等离子喷涂法在陶瓷基复合材料的表面依次制备硅层、硅酸镱层、过渡层和氧化铪层，由此在陶瓷基复合材料的表面制得所述热/环境障涂层。本发明中的热/环境障涂层的隔热效果好，高温抗水汽腐蚀性能优异；本发明方法具有沉积效率高、成本低廉、涂层均匀等优点，能快速、一体化制备所述热/环境障涂层。

技术领域

本发明属于防护涂层制备技术领域，尤其涉及一种用于陶瓷基复合材料的热/环境障涂层及其制备方法。

背景技术

陶瓷基复合材料由于具有耐高温、低密度、高比强度、高韧性等优点，常采用其制备航空发动机叶片等关键部件，可显著降低油耗、提高发动机的工作效率。然而，由于发动机内部叶片的使用温度越来越高，其服役环境如高温水汽、熔盐等愈加恶劣，单独靠陶瓷基复合材料基体、单层热障涂层或单层环境障涂层难以满足新一代高性能发动机的需求。因此，需要在发动机叶片表面涂覆多层热/环境障复合涂层进行防护，提高发动机叶片的隔热、高温抗水汽腐蚀等性能，从而延长叶片的服役寿命。

然而，由于热障涂层和环境障涂层之间的热膨胀系数差异，目前的热/环境障涂层一般通过在环境障涂层中加入改性成分来增强改性环境障涂层和热障涂层之间的物理相容性来在一定程度上避免热障涂层和环境障涂层之间的热膨胀匹配性能较差的问题，而这样的热/环境障涂层无法从根本上克服热障涂层和环境障涂层之间的热膨胀系数不匹配的问题，现有的热/环境障涂层在长时间使用过程中仍然容易出现应力收缩，产生裂纹或脱落等问题；此外，由于环境障涂层中改性成分的加入会影响环境障涂层中包含的耐环境成分性能的发挥，导致热/环境障涂层的综合性能较差。专利申请CN201380027664.0公开了一种陶瓷基复合材料构件，该构件从基材向外依次包括碳化硅层、硅层、由富铝红柱石和硅酸镱混合而成的混合层和氧化物层，该构件中包括的混合层中所含的富铝红柱石提高了混合层和氧化物层之间的密合性，但是该富铝红柱石的加入在一定程度上会影响硅酸镱的高温抗水汽腐蚀性能。

现有热障涂层、环境障涂层的制备技术比较多样，其中主要包括大气等离子喷涂、电子束物理气相沉积、磁控溅射、化学气相沉积、电弧离子镀等。然而，对于多层复杂体系的热/环境障涂层，上述制备方法均存在一定的局限性，包括喷涂时粉末发生氧化、沉积速率低、成本高昂等。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种用于陶瓷基复合材料的热/环境障涂层及其制备方法。本发明中的热/环境障涂层的隔热效果好，高温抗水汽腐蚀性能优异；本发明方法具有沉积效率高、成本低廉、涂层均匀等优点，能实现多层热/环境障涂层的快速、一体化制备。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种用于陶瓷基复合材料的热/环境障涂层，所述热/环境障涂层自陶瓷基复合材料向外依次包括硅层、硅酸镱层、由氧化铪与硅酸镱混合而成的过渡层和氧化铪层。

优选地，在所述过渡层中，所述氧化铪与所述硅酸镱的摩尔比为(0.8～1.2):1，优选为1:1。

优选地，所述硅层的厚度为40～60μm，所述硅酸镱层的厚度为50～100μm，所述过渡层的厚度为50～100μm，和/或所述氧化铪层的厚度为100～200μm。

本发明在第二方面提供了本发明在第一方面所述的热/环境障涂层的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将硅粉、硅酸镱粉和氧化铪粉分别装入低压等离子喷涂设备的送粉器中并进行干燥处理；

(2)将陶瓷基复合材料固定在低压等离子喷涂设备的真空室内的转动台上；和