[发明专利]一种石墨材料表面TaB2

说明书

本发明涉及一种石墨材料表面TaB₂‑SiC超高温陶瓷涂层的制备方法，采用了放电等离子烧结法（SPS）直接制备出了一种高致密、低缺陷、组织均匀的超高温陶瓷硼化物复合涂层，该涂层由质量分数为5%～95%的TaB₂与质量分数为5%～95%的SiC粉料组成。具体涂层的制备包括以下步骤：按照一定比例称量TaB₂、SiC粉料并均匀混合，随后在石墨模具内用均匀混合的TaB₂‑SiC复合粉体包裹碳质材料基体，将装好试样的模具放入放电等离子烧结炉中，施加5～50MPa压力，在1200～2000℃真空环境下进行烧结处理0.5～5h即可制备得到所设计的涂层。与传统无压类烧结制备涂层的方法相比，本发明制备工艺简单快捷，得到的超高温陶瓷涂层组分及厚度可控、致密度高，综合性能良好，推广价值较高。

技术领域

本发明涉及碳材料技术领域，特别是涉及一种石墨材料表面TaB₂-SiC超高温陶瓷涂层的制备方法。

背景技术

碳质结构材料（碳碳复合材料或石墨等）具有良好的导电导热性、自润滑性、耐腐蚀性。碳质结构材料密度较低、机械强度较高、价格低廉，作为结构材料在机械、电子、航空航天等领域有着广泛的应用。但是由于碳质材料在高温含氧环境中能够迅速发生氧化，使碳质结构材料的力学等性能大幅度下降，从而限制其应用范围。因此，提高碳质结构材料的抗氧化性能成为了必要的工作。

目前，通过在碳质结构材料表面制备性能良好的抗氧化涂层成为了有效途径。在诸多抗氧化涂层中，超高温陶瓷硼化物TaB₂与SiC组成的复合涂层在氧化时可以形成一层可以自愈合密封缺陷且致密稳定的Ta-Si-O复合玻璃层。生成的玻璃层具有流动性的玻璃相会均匀且致密的覆盖在碳质结构材料表面，而且可以将涂层表面的裂纹和孔隙填充，呈现了极大的宽温域氧化防御潜力。Ren等在“Ultra-high temperature ceramic TaB₂-SiCcoating for oxidation protection of SiC-coated carbon/carbon composites.”中报道了了采用原位反应法在C/C复合材料表面制备了TaB₂-SiC/ SiC抗氧化涂层，在涂层的有效保护下，试样在1773K氧化265小时后质量损失仅为0.41×10⁻²g²/cm²。“Talmy等在High-temperature chemistry and oxidation of ZrB₂ ceramics containing SiC, Si₃N₄,Ta₅Si₃, and TaSi₂”中报道了Ta的氧化物在硅酸盐玻璃中的存在，有助于提高玻璃相的稳定性，从而提高陶瓷的高温氧化抗性。