[发明专利]一种ZrB2

说明书

本发明公开一种ZrB₂‑MoSi₂‑SiC超高温陶瓷抗氧化涂层的制备方法，属于抗氧化涂层的技术领域。本发明以ZrB₂、MoSi₂、SiC粉末为原料，在碳基试样表面以放电等离子烧结的方式，直接制备组分和厚度可控，组织细小、均匀致密且无明显缺陷的ZrB₂‑MoSi₂‑SiC超高温陶瓷抗氧化涂层，通过涂层保护提高碳基材料高温抗氧化性能。本发明通过控制复合粉体配比及添加量来实现对涂层组分及厚度的控制；通过调整放电等离子烧结参数，实现对ZrB₂‑MoSi₂‑SiC涂层致密性及与碳基体结合强度的调控。与传统无压类烧结制备涂层的方法相比，本发明得到的抗氧化涂层组分及厚度可控、致密度高、制备时间短、工艺简单，实用价值高。

技术领域

本发明涉及一种高温陶瓷抗氧化涂层的制备方法，特别是一种碳材料表面ZrB₂-MoSi₂-SiC超高温陶瓷抗氧化涂层的制备方法。

背景技术

碳结构材料（石墨或碳碳复合材料）有着良好的耐高温性能，在无氧条件下碳结构材料可以承受3000℃以上的高温，同时具有高导电性、高导热性，密度低，高比模量、比强度高，震动衰减率小等性能。由于其以上诸多优点，其在日常生活以及航天航空领域均有着广泛的应用。但碳结构材料的局限性在于其抗氧化性差，在400℃以上的空气中便会与氧气发生化学反应，使碳结构材料制品失效。因此，碳材料在应用中的关键点是防氧化。目前，在碳材料的表面制备抗氧化涂层是碳材料防氧化的有效途径。抗氧化涂层不仅需要有效地隔绝碳材料和氧气，还需要拥有良好的耐高温、抗氧化、高致密度等性能。而且，随着碳材料应用的日趋广泛，碳材料制品必须具备宽温域抗氧化的能力。

在诸多抗氧化涂层中，超高温陶瓷硼化物ZrB₂与SiC组成的复合涂层在氧化时可以生成具有不同熔点和防护温区范围的多组分氧化产物，并形成一层可以自愈合密封缺陷且致密稳定的复合玻璃相，呈现了极大的宽温域氧化防御潜力。Kircher等在“Engineeringlimitations of MoSi2 coatings”中报道了MoSi₂在作为高温氧化防护涂层时，可以在宽温域下充分保护基体。由于MoSi₂相具有优异高温抗氧化能力，其作为改性相可以有效提升ZrB₂-SiC涂层在超高温下的防氧化效果，因此本发明通过在ZrB₂-SiC涂层中加入MoSi₂相，通过多组分涂层组元在防氧化过程中的协同效应，增强涂层在宽温域下的稳定性。

目前，在碳材料表面制备ZrB₂-MoSi₂-SiC涂层的方法主要为包埋法、原位反应法和等离子喷涂法等。传统反应法虽然具有成本较低、简单易行、合成相均匀分布等优点，但因其涂层中ZrB₂-MoSi₂-SiC的含量以及涂层的厚度难以控制、涂层疏松易脱落等缺点，得不到较好的抗氧化性能。而放电等离子烧结法以其低温热压快烧的优点吸引了众多关注。用该种方法制备的涂层解决了传统工艺无法解决的问题，制备出的内层结合紧密、不易脱落，且制备周期短、使用寿命长、对基体的伤害小，最大程度保护了基体的力学性能、提高了碳材料的抗氧化性，实用性强。

发明内容

本发明提供一种于较低烧结温度下在碳基材料表面快速烧结制备ZrB₂-MoSi₂-SiC超高温陶瓷抗氧化涂层的方法，制备方法简单，可以实现对ZrB₂-MoSi₂-SiC涂层组分、厚度、致密性和与碳基体结合强度的调控，增强碳基体的抗氧化能力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

首先配置不同含量配比的MoSi₂、SiC、ZrB₂复合粉体，经过均匀混合之后，在石墨磨具中用复合粉体包裹碳基体，再经过放电等离子烧结合成涂层。