[发明专利]一种在C/SiC复合材料上制备陶瓷防护层的方法以及由此制得的陶瓷防护层

说明书

本发明涉及一种在C/SiC复合材料上制备陶瓷防护层的方法以及由此制得的陶瓷防护层。所述方法为：通过浸渍‑固化‑高温裂解工艺在C/SiC复合材料的表面制得ZrC‑SiC过渡层，浸渍液为含有锆和硅的重量比为(1～8)：1的锆硅一体化陶瓷前驱体溶液；通过刷涂工艺在所述ZrC‑SiC过渡层的基础上制得ZrC抗氧化涂层；通过化学气相沉积法在所得到的ZrC抗氧化涂层表面沉积SiC封孔层，由此在C/SiC复合材料上制得陶瓷防护层。本发明制备的陶瓷防护层能够在2000℃以上温度具有优异的抗氧化性能，还与基体具有较高的结合力，在新型高超声速飞行器的翼舵、前缘、端头、发动机等结构件上具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料涂层制备技术领域，尤其涉及一种在C/SiC复合材料上制备陶瓷防护层的方法以及由此制得的陶瓷防护层。

背景技术

碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC复合材料)是一种高性能的热结构材料。它克服了单相陶瓷材料脆性的致命弱点，具有低密度、耐高温、高强度、抗氧化和耐烧蚀等优异特性，可作为航空航天结构材料、刹车材料，并已经在飞行器的翼舵上得到了应用。但是，长期以来的研究表明，传统C/SiC复合材料的长时抗氧化使用温度不超过1650℃。当飞行器的马赫数较高时，其高温结构件如端头、前缘、发动机燃烧室、发动机尾喷管等需承受很高的温度、温度冲击、强氧化和气流冲刷环境，温度超过2000℃。为了提高C/SiC复合材料的高温抗氧化性能和耐烧蚀性能，利用碳化锆对其进行改性是一种常见的方法。

碳化锆是一种高熔点的碳化物，且具有较好的抗氧化性能，将其引入到C/SiC复合材料基体中，可显著提高C/SiC复合材料的耐温等级等。例如专利申请CN201410431045.4、CN201410348051.3、CN201310178206.9等分别利用热压烧结法、前驱体浸渍裂解法、反应熔渗法制备了耐高温抗氧化的C/SiC-ZrC复合材料。但是，当基体中同时含有ZrC和SiC时，由于SiC和ZrC的热物理性质差异较大，导致复合材料的力学性能下降。此外，通过在C/SiC复合材料表面制备含有碳化锆的涂层，也可以增强C/SiC复合材料的耐温等级，例如专利申请CN201410597033.9、CN201510931346.8和CN201510860859.4等分别制备了ZrB₂-ZrC涂层，但是，这种涂层与基体的热膨胀系数相差较大，导致在高温下易脱落，失去涂层对基体的保护作用。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种在C/SiC复合材料上制备陶瓷防护层的方法以及由此制得的陶瓷防护层。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种在C/SiC复合材料上制备陶瓷防护层的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)用锆硅一体化陶瓷前驱体溶液浸渍C/SiC复合材料，然后依次进行固化和高温裂解的步骤，在所述C/SiC复合材料的表面制得ZrC-SiC过渡层；所述锆硅一体化陶瓷前驱体溶液由锆前驱体、聚碳硅烷、氨酚醛和二甲苯配制而成，所述锆硅一体化陶瓷前驱体溶液中含有的锆和硅的重量比为(1～8)：1；

(2)将锆前驱体树脂溶液涂覆在步骤(1)所得到的ZrC-SiC过渡层的表面，然后依次进行固化和高温裂解的步骤，在所述ZrC-SiC过渡层的基础上制得ZrC抗氧化涂层；所述锆前驱体树脂溶液由锆前驱体、酚醛树脂和二甲苯配制而成；

(3)通过化学气相沉积法在步骤(2)所得到的ZrC抗氧化涂层的表面沉积SiC封孔层，由此在C/SiC复合材料上制得陶瓷防护层；所述陶瓷防护层包括依次在C/SiC复合材料上形成的所述ZrC-SiC过渡层、所述ZrC抗氧化涂层和所述SiC封孔层。

优选地，所述锆硅一体化陶瓷前驱体溶液的配制为：将1～8重量份锆前驱体、1重量份聚碳硅烷和2～9重量份氨酚醛加入到3～10重量份二甲苯中，然后在80～90℃温度下搅拌8～12h，配制成所述锆硅一体化陶瓷前驱体溶液。