[发明专利]一种在碳材料表面激光熔覆制备二氧化硅玻璃涂层的方法有效

专利信息
申请号: 201910833858.9 申请日: 2019-09-04
公开(公告)号: CN110592577B 公开(公告)日: 2021-08-06
发明(设计)人: 陈健;马宁宁;黄政仁;朱云洲;刘学建;陈忠明 申请(专利权)人: 中国科学院上海硅酸盐研究所
主分类号: C23C24/10 分类号: C23C24/10
代理公司: 上海瀚桥专利代理事务所(普通合伙) 31261 代理人: 曹芳玲;郑优丽
地址: 200050 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 材料 表面 激光 制备 二氧化硅 玻璃 涂层 方法
【说明书】:

发明涉及一种在碳材料表面激光熔覆制备二氧化硅玻璃涂层的方法,包括:(1)将硅粉悬浊液涂覆在碳材料基体表面,经干燥处理后,得到硅粉层;(2)对所得硅粉层进行激光熔覆处理,得到硅层;(3)将二氧化硅悬浊液涂覆在硅层表面,经干燥处理后,得到二氧化硅粉层;(4)对所得二氧化硅粉层进行激光熔覆处理,得到所述二氧化硅玻璃涂层。

技术领域

本发明涉及一种在碳材料基体表面激光熔覆制备二氧化硅玻璃涂层的方法,属于表面改性领域。

背景技术

碳材料具有低比重、高强度、高比模、低热膨胀系数等一系列优异性能,被广泛的使用在冶金、化工、航空航天等领域,为了满足提高能源利用率的要求,需要提高碳材料使用环境的温度。然而碳材料在高于400℃的氧化环境中就会开始被氧化,随着温度的升高其氧化速度快速增加。碳材料基体的致密度较低,有很多的气孔,这些疏松的结构会导致氧化气体进入到基体的内部,会进一步增加基体的氧化速度。碳材料基体被氧化后,它的力学性能会大幅下降,严重制约了其应用范围,因此提高碳材料在高温氧化环境中的使用性能尤为重要。

改善碳材料在高温氧化环境中使用性能的方法主要分为基体改性和表面涂层两类。基体改性是一种内部改性的方法,在基体的内部添加氧化抑制剂,以此来改善材料的高温抗氧化性能,主要包括溶液浸渍技术、固相复合技术、化学气相渗透技术、前驱体转化技术、反应熔融浸渗技术等。氧化抑制剂的加入可以提高碳材料的高温抗氧化性能,但是会降低碳材料本身的热学性能和力学性能,同时氧化抑制剂在碳基体内容易出现团聚和分布不均匀的问题,会影响材料整体的一致性。表面涂层是通过在基体表面制备一层抗氧化涂层,将基体与高温氧化环境隔离开,阻止碳与氧发生反应,同时该涂层还有很好的抗冲刷性和抗热振性,以此来达到保护基体的目的,主要包括包埋法、化学气相沉积法、等离子喷涂法等。在碳材料表面制备涂层则对基体的性能影响很小,可以保持其本身的热物性和力学性能,同时还能提高在氧化环境中的使用温度和寿命,因此表面涂层是更好的解决方案。

发明内容

针对目前制备表面涂层的方法存在制造周期长、制备成本高、涂层不致密、与基体结合较差、不易精确化控制等问题,本发明提供了一种在碳材料表面激光熔覆制备二氧化硅玻璃涂层的方法,包括:

(1)将硅粉悬浊液涂覆在碳材料基体表面,经干燥处理后,得到硅粉层;

(2)对所得硅粉层进行激光熔覆处理,得到硅层;

(3)将二氧化硅悬浊液涂覆在硅层表面,经干燥处理后,得到二氧化硅粉层;

(4)对所得二氧化硅粉层进行激光熔覆处理,得到所述二氧化硅玻璃涂层。

在本公开中,使用激光熔覆的方法在碳材料基体表面制备二氧化硅玻璃涂层(或称二氧化硅玻璃层),该方法具有高效、灵活、可实现智能制造等优点。而且,激光具有非常高的能量密度,在熔覆熔点极高的涂层材料方面具有很大的优势,并且激光熔覆技术是对基体表面的快速热处理,有非常小的热影响范围,可以减少在涂层制备过程中对基体内部的热损伤。因此,使用激光熔覆技术可以满足保持碳材料自身优异性能和制备高性能二氧化硅玻璃涂层的双重要求。

较佳的,所述二氧化硅悬浊液的固含量≤50wt%;优选地,所述二氧化硅悬浊液的组成包括:硅粉、粘结剂和溶剂;更优选地,所述二氧化硅粉的粒径为1~2μm。

较佳的,所述溶剂为乙醇等;所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛PVB等。

较佳的,硅粉层的厚度为1~5μm;硅层的厚度为0.5~2μm。

较佳的,二氧化硅粉层的厚度为1~5μm;二氧化硅玻璃涂层的厚度为0.5~2μm。

较佳的,重复步骤(1)~(2)至少2次得到多层的硅层后,再涂覆二氧化硅悬浊液。

较佳的,重复步骤(3)~(4)至少2次得到多层的二氧化硅玻璃涂层。

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