[发明专利]一种多孔隔热炭材料用SiC复合涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种多孔隔热炭材料用SiC复合涂层及其制备方法，涂层由内到外依次包括炭封填层，刷涂反应制备的SiC过渡层及化学气相沉积法制备的SiC外涂层。本发明在保证多孔隔热炭材料性能的同时，有效解决了多孔隔热炭材料的氧化防护问题，可有效提升材料的高温抗氧化性能。炭封填层的构造能有效阻挡涂层原料向多孔炭毡体的渗入问题，不但能与多孔炭毡形成钉扎状界面结合，还与刷涂反应制备的SiC过渡层形成了牢固的化学结合，提高了涂层与多孔炭毡的结合能力。此外，本发明涂层制备工艺对基体材料表面和设备要求低，且不受基体形状和尺寸限制，具有设备工艺简单、易操作、可制备大尺寸、形状复杂的异形件等优点，具有广阔的工业化应用前景。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种多孔隔热炭材料用SiC复合涂层及其制备方法。

背景技术

能源问题已成为困扰社会经济发展重大问题。人们在开发各种新能源的同时，还致力于发展各种新型的隔热保温节能材料以实现节能。炭毡具有质量轻、低热导率、比热容小、热膨胀系数低、优异的高温稳定性，且因其内部含有大量孔隙使其具有了极佳的绝热性能，现已作为隔热保温材料广泛应用于单晶硅炉中。炭毡多孔的结构特性虽具有优异的隔热保温效果，但炭材料易氧化的特性影响了炭毡在氧化环境下的使用寿命。在高于450℃的氧化性气氛中，多孔炭毡将迅速被氧化，导致强度及隔热性能急剧下降，故其只能在还原性气氛或在有保护气体条件下才能使用。然而，在单晶硅炉工作时将不可避免的产生一定量的氧化性气体。隔热保温炭毡长期处于单晶硅炉内的微氧化气氛中，氧化严重影响了炭材料的隔热性能及使用寿命，因此，隔热保温炭毡需定期更换，导致材料使用成本较高。因此，如何延长多孔隔热保温炭毡的使用寿命，维持其优异的隔热性能具有重要的现实意义。

目前，提高炭材料高温氧化性能的方法主要有两种：基体改性技术和表面涂层技术。基体改性技术是指通过在复合材料中添加改性抑制剂从而提高材料抗氧化性能，但基体改性会显著提高炭毡的密度，从而影响炭毡的隔热保温性能。因此，该方法局限性较大。而表面涂层技术通过在炭毡表面涂覆抗氧化涂层，直接隔离了炭毡和外部环镜的接触，是提高保温炭毡抗氧化性能最直接有效的途径，由于炭毡是多孔炭材料，表面具有丰富的孔结构，制备涂层过程中，涂层原料易渗入多孔毡内部，不易在表面形成连续致密的涂层；另外，原料与表层炭纤维的反应还会腐蚀炭纤维，降低涂层与毡体的结合。因此，如何在大尺寸多孔炭材料表面制备连续均匀的保护涂层是现在面临的技术难点。

发明内容

针对以上技术问题。本发明提供了一种多孔隔热炭材料用SiC复合涂层及其制备方法，通过在炭毡表面构造炭封填层，有效解决了后续涂层原料向多孔炭毡体的渗入问题，避免了涂层原料与炭毡的直接反应，炭封填层的存在不但能与多孔炭毡形成钉扎状界面结合，而且还与刷涂反应制备的SiC过渡层形成了牢固的化学结合，有效解决了涂层与多孔炭毡的结合问题；此外，通过抗氧化SiC多层复合涂层的制备，在保证多孔隔热炭材料性能的同时，有效解决了多孔隔热炭材料的氧化防护问题，有效提升材料的高温抗氧化性能与使用寿命。同时开发一种对基体材料表面和设备要求低，且不受基体形状和尺寸限制的制备工艺。

为了达到上述目的，本发明提供了一种多孔隔热炭材料用SiC复合涂层，所述涂层由内到外依次包括炭封填层，SiC过渡层及SiC外涂层。

所述炭封填层由炭黑树脂混合溶液经重复刷涂、固化、烘干后，碳化处理得到；

所述SiC过渡层由以SiC粉、石墨烯粉、酚醛树脂粉和硅粉为原料的SiC混合浆料经重复刷涂、固化、烘干后，烧结得到；

所述SiC外涂层采用化学气相沉积法制备得到。

优选地，所述炭封填层的厚度为0.02～0.06mm，所述SiC过渡层的厚度为0.03～0.06mm，所述SiC外涂层的厚度为0.02～0.10mm。

本发明还提供了一种多孔隔热炭材料用SiC复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1，炭封填层的制备：