[发明专利]一种与CfZr-B复合材料的热膨胀系数相匹配的抗氧化涂层

说明书

本发明涉及碳纤维增强陶瓷基复合材料技术领域，且公开了一种与CfZr‑B复合材料的热膨胀系数相匹配的抗氧化涂层，包括以下重量份数配比的原料：15‑30份硅粉、3‑6份碳纤维粉、10份玻璃粉、0.98份山梨醇酐三油酸酯、0.2份大豆卵磷脂、1.97份邻苯二甲酸二辛酯、0.94份甲基丙烯酸烯丙酯、0.945份N,N‑二甲基甲酰胺。本发明解决了在高温环境下，抗氧化涂层的热膨胀系数与CfZr‑B复合材料的热膨胀系数失配，会使抗氧化涂层产生裂纹，进而会导致抗氧化涂层从CfZr‑B复合材料表面脱落的技术问题。

技术领域

本发明涉及碳纤维增强陶瓷基复合材料技术领域，具体为一种与CfZr-B 复合材料的热膨胀系数相匹配的抗氧化涂层。

背景技术

碳纤维增强陶瓷基复合材料在高温下拥有良好的力学性能和热性能，惰性条件下，在超过2000℃的环境下仍保持强度、模量等力学性能不降低，且热膨胀系数低、热导率高、气化温度高、抗热震性能好，因此，在航天飞行器热防护系统中具有广泛的应用前景。

其中，碳纤维增强硼化锆陶瓷基(CfZr-B)复合材料是比碳纤维增强碳氧化硅陶瓷基(C_f/Si-O-C)复合材料性能更加优异的碳纤维增强陶瓷基复合材料，其基体材料不含氧原子，能避免与增强相碳纤维在高温下发生碳热还原反应，然而作为CfZr-B复合材料中增强相的碳纤维，在高于400℃的有氧环境下，碳纤维表面缺陷引起的活性点极易发生氧化，极易造成材料失效，同时作为基体部分的ZrB₂本身虽然具有良好的抗氧化性能，但是在高温下氧化生成的ZrO₂玻璃相会降低碳纤维与基体材料的结合强度，同样也会使材料失效。

尽管CfZr-B复合材料的基体材料包覆着碳纤维，但是碳纤维轴向和径向热膨胀系数相差很大，高温下，当温度急剧上升或者急剧下降时，由于碳纤维与基体材料热膨胀系数失配引起的热应力达到一定阈值后将使碳纤维与基体材料发生松脱分离，这将为氧气与碳纤维接触提供通道，同时，作为轻质多孔材料的C/Zr-B复合材料孔隙率达到40％，高孔隙率也为氧气进入材料内部，并通过基体材料制备过程中产生的缺陷与碳纤维接触进而发生氧化反应提供了可能，因此，提高CfZr-B复合材料的抗氧化能力具有非常重要的实用意义。

目前，对碳纤维增强陶瓷基复合材料采取的抗氧化方法主要有三种：基体改性法、纤维涂层法、表面涂层法。对于CfZr-B复合材料，其氧化主要是材料中碳纤维的氧化失效，因此可以单独对碳纤维表面进行涂层保护，切断氧气接触碳纤维的通道，从而提高材料的抗氧化性能，但是，在材料内部对碳纤维进行涂层和单根碳纤维涂层十分困难，涂层的微小裂纹难以控制，且涂层使碳纤维本身强度有所下降。表面涂层法是目前对CfZr-B复合材料抗氧化的主要方法，其是利用在CfZr-B复合材料表面覆盖致密可自愈的抗氧化涂层，与氧化性气体隔绝从而达到抗氧化作用。

为使CfZr-B复合材料能在有氧条件下有效地长时间使用，抗氧化涂层的热膨胀系数应与CfZr-B复合材料的热膨胀系数相匹配，否则，在高温下，抗氧化涂层的热膨胀系数与CfZr-B复合材料的热膨胀系数失配将使抗氧化涂层产生裂纹，从而为氧气接触碳纤维提供通道甚至导致抗氧化涂层从CfZr-B复合材料表面脱落。

本发明提供一种与CfZr-B复合材料的热膨胀系数相匹配的抗氧化涂层，旨在解决在高温环境下，抗氧化涂层的热膨胀系数与CfZr-B复合材料的热膨胀系数失配，会使抗氧化涂层产生裂纹，进而会导致抗氧化涂层从CfZr-B复合材料表面脱落的技术问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种与CfZr-B复合材料的热膨胀系数相匹配的抗氧化涂层，解决了在高温环境下，抗氧化涂层的热膨胀系数与 CfZr-B复合材料的热膨胀系数失配，会使抗氧化涂层产生裂纹，进而会导致抗氧化涂层从CfZr-B复合材料表面脱落的技术问题。

(二)技术方案