[发明专利]MC基超高温陶瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明提供MC基超高温陶瓷涂层，其原料组成：按体积分数计，包括40～60%MC，15～25%Si，0～5%C，15～25%M¹Si和5～10%B₄C；其中MC包括HfC和ZrC，且体积比为4︰1～1︰4；M¹Si包括MoSi₂、CrSi₂和ZrSi₂中的一种或两种以上，且体积比为0～2︰0～2︰1～4；还提供一种MC基超高温陶瓷涂层的制备方法。本发明的陶瓷涂层耐烧蚀和中高温抗氧化性能优异、且与基体结合强度高，本发明的方法具有涂层厚度易于调控、生产效率高、工艺过程对基材影响小、适应性好等优点。

技术领域

本发明属于陶瓷涂层领域，尤其涉及一种MC基超高温陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

高超声速武器系统面临着严酷的气动加热现象和燃气热环境。例如当吸气式高超声速飞行器的前缘采用极小的曲率半径（0.13 cm），飞行速度达到10 Ma时，前缘最高温度可达2200℃，与此同时，前缘还需经受～15 MW/m²热流的考验。这对热防护材料性能及制备技术提出了新的、更高的要求。通常要求热防护材料具有优良的高温性能、耐烧蚀抗氧化性能、力学性能、热物理性能等。

超高温陶瓷（UHTCs）是指熔点超过3000℃的过渡金属碳化物、硼化物以及氮化物等陶瓷化合物，如ZrB₂、HfB₂、TaC、HfC、NbC、ZrC、HfN等。超高温陶瓷具有熔点高、热稳定性好、导热系数高、力学性能好，抗氧化耐烧蚀等许多优良的性能，因此，超高温陶瓷正成为热防护材料的研究热点。其中，超高温陶瓷涂层不仅具有超高温陶瓷的系列优点，还具有组分和性能的可设计性，可以显著地提高基材的相关性能，例如提高C/C基材的耐烧蚀抗氧化性能，改善C_f/SiC的高温耐烧蚀性能。

碳化物超高温陶瓷涂层是最有希望获得热防护应用的涂层体系之一，目前的研究主要集中于ZrC体系，但涂层组分相对单一，涂层的制备效率不高，涂层致密度、结合强度、烧蚀和中高温抗氧化性能还有待进一步提高。目前已经开发出的超高温陶瓷涂层制备技术，主要包括化学气相沉积、包埋法、浆料涂刷法、热喷涂法等。化学气相沉积(CVD)存在沉积效率低，生产成本高等不足，而且涂层成分单一，无法制备多元复合陶瓷涂层。包埋法制备的涂层均匀性较差，厚度难以控制。浆料涂刷工艺制备的涂层致密度不高，抗热震性能差，结合强度偏低。要获得性能优良的碳化物超高温陶瓷涂层，迫切需要新的制备技术的开发和应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种耐烧蚀、中高温抗氧化、与基体结合强度高的MC(M=Zr, Hf)基超高温陶瓷涂层，还提供一种涂层厚度易于调控、生产效率高、工艺过程对基材影响小、适应性好的MC基超高温陶瓷涂层的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种MC基超高温陶瓷涂层，其原料组成为MC-Si-C-M¹Si-B₄C，按体积分数计，所述原料包括40～60%MC，15～25%Si，0～5%C，15～25%M¹Si和5～10%B₄C；其中MC包括HfC和ZrC，且HfC与ZrC的体积比为4︰1～1︰4；M¹Si包括MoSi₂、CrSi₂和ZrSi₂中的一种或两种以上，且MoSi₂、CrSi₂和ZrSi₂的体积比为0～2︰0～2︰1～4。

上述的MC基超高温陶瓷涂层，优选地，所述M¹Si包括MoSi₂、CrSi₂和ZrSi₂，且MoSi₂、CrSi₂和ZrSi₂的体积比为1～2︰1～2︰1～4。