[发明专利]一种陶瓷基复合材料表面的宽温域抗氧化涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种陶瓷基复合材料表面的宽温域抗氧化涂层及其制备方法。所述方法为：通过CVD法在陶瓷基复合材料表面沉积SiC层；制备含有混合纳米粉末填料、固化剂和稀释剂的酚醛树脂浆料；混合纳米粉末填料与酚醛树脂的质量比为1：(0.8～1.2)，固化剂、稀释剂和酚醛树脂的质量比为(0.05～0.1)：(1～1.5)：1；将所述浆料涂覆SiC层的表面形成涂层，将涂覆有所述涂层的陶瓷基复合材料进行固化和烧结，制得所述宽温域抗氧化涂层。本发明可有效提高涂层的宽温域抗氧化性能，对陶瓷基复合材料起到有效防护作用；本发明制备的涂层具有优良的宽温域环境下的抗氧化性能，对于延长陶瓷基复合材料的使用寿命有重要的意义。

技术领域

本发明属于高温防护涂层及制备技术领域，尤其涉及一种陶瓷基复合材料表面的宽温域抗氧化涂层及其制备方法。

背景技术

现今航空航天技术等领域正朝着超高声速方向发展，对于高温防护材料的需求日益迫切。目前碳化物、硼化物、氮化物等作为超高温陶瓷材料在高温防护材料中使用的频率较高，这类材料普遍具有较高的熔点(超过2500℃)，同时具有稳定的晶体结构，例如ZrB₂、ZrC、HfB₂、HfC等化合物，这些特点使得它们在高温极端条件下得到了广泛的应用。研究表明，表面制备超高温陶瓷涂层是提高陶瓷基复合材料抗氧化耐烧蚀性能的有效途径。由于超高温陶瓷涂层与基体的热膨胀系数相差较大，因而需要添加SiC过渡层缓解工作时产生的热应力。此外，由于超高温陶瓷涂层在中低温(500～1200℃)环境下的抗氧化性能较差的问题，因而非常有必要研究制备得到从低温到高温的宽温域抗氧化涂层。

制备热防护涂层的主要方法有：浆料刷涂-烧结、化学气相沉积、包埋渗和等离子喷涂等。其中，浆料刷涂-烧结法工艺简单，对制备涂层基体表面要求低，对设备要求低等优点，并且可以在复杂形面工件上制备涂层，从而满足了许多领域的需求。然而，刷涂法制备热防护涂层的结构与性能取决于诸多因素，包括浆料成分配比、浆料搅拌时间、刷涂方式、固化温度、固化时间、烧结温度、烧结时间以及基体类型等因素，这些参数选择特别是浆料成分配比的不合适、固化以及烧结参数选择的不合适等均不利于得到性能优异的热防护涂层。

2011年4月13日公告的发明专利CN102010231A中公开了一种低密度炭/炭复合材料表面涂层的方法，该专利是对晶体硅高温炉内的低密度C/C材料表面进行封孔、涂层处理，以解决低密度炭材料表面侵蚀的问题，且涂层厚度很薄(2～50μm)，使得具有表面涂层的低密度炭/炭复合材料能够适用于工作温度在1500℃以上的真空环境的单晶硅炉或多晶硅炉，但是该专利制备的涂层抗氧化性能较差，并不能用于高温有氧环境，并不适用于陶瓷基复合材料表面的热防护涂层。

发明内容

为了解决现有超高温陶瓷涂层和浆料刷涂-烧结技术的不足，本发明提供了一种陶瓷基复合材料表面的宽温域抗氧化涂层及其制备方法和应用。本发明制备的宽温域抗氧化涂层包括SiC过渡层和B₄C-SiC-ZrB₂面层；本发明制备的宽温域抗氧化涂层具有优良的宽温域环境下的抗氧化性能，对于延长陶瓷基复合材料的使用寿命有重要的意义；本发明方法工艺过程简单，可在复杂形面工件上制备均匀涂层；涂层表面粗糙度低，孔隙率低，收缩率小，与基体的结合强度高。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种陶瓷基复合材料表面的宽温域抗氧化涂层的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)通过化学气相沉积法在陶瓷基复合材料的表面沉积SiC过渡层；

(2)将混合纳米粉末填料与酚醛树脂混合均匀，得到混合料，然后往所述混合料中加入固化剂和稀释剂并混合均匀，得到浆料；所述混合纳米粉末填料由以质量分数计的B粉40～50％、Si粉25～35％和ZrB₂粉20～30％组成；所述混合纳米粉末填料与所述酚醛树脂的用量的质量比为1：(0.8～1.2)，所述固化剂、所述稀释剂和所述酚醛树脂的用量的质量比为(0.05～0.1)：(1～1.5)：1；