[发明专利]一种具有SiC-HfB2

说明书

本发明涉及一种具有SiC‑HfB₂‑Si单层复合涂层的碳/碳复合材料的制备方法，采用料浆浸渍法在碳/碳表面制备树脂碳‑SiC‑HfO₂‑B₄C‑Si多孔预涂层，随后气相渗硅，气相硅与碳/碳基体反应生成SiC过渡层，有利于提高涂层与基体的结合力。高温烧结使HfO₂、B₄C与树脂碳发生原位反应生成HfB₂，有利于规避直接添加HfB₂因其本身烧结性差引起的的颗粒分布不均问题。硅在高温环境下具有良好流动性，最终可协同提高涂层的整体致密性。SiC、HfB₂和Si在涂层中形成多相镶嵌界面，HfB₂钉扎在复合涂层中，可诱导涂层中裂纹偏转，还可缓解裂纹尖端应力。本发明所制备的SiC‑HfB₂‑Si复合抗氧化涂层具有一种新颖的过渡层及致密的镶嵌结构，与基体结合良好，具有优异的长时抗氧化及抗热震性能。

技术领域

本发明属于碳/碳复合材料表面高温抗氧化涂层的制备方法，涉及一种具有SiC-HfB₂-Si单层复合涂层的碳/碳复合材料的制备方法。

背景技术

碳/碳复合材料是一类拥有优异高温性能的先进工程材料，具有耐高温、密度低、高比强、高比模、低膨胀系数、耐烧蚀和耐热冲击等优点，而且随着温度的逐渐增加，它的强度呈现出逐渐增加的趋势，且可以在2000℃以上的高温下保持，使其成为适于高温环境的优选结构材料之一，在航空航天领域具有广阔的应用前景。

碳/碳复合材料是全碳质材料，尽管其在高温下具有优异的力学性能。但是它却有一个致命的弱点，即在高于673K的空气气氛下就开始氧化，极大地限制了其作为高温结构材料的应用。因而，防氧化成为碳/碳复合材料应用的关键。目前，抗氧化涂层法已经被公认为一种可以有效提高碳/碳复合材料抗氧化能力的方法，即在碳/碳复合材料的表面制备耐高温氧化涂层，从而有效阻止氧气与碳/碳复合材料的直接接触，实现对碳/碳复合材料的热防护。

陶瓷涂层是一种可有效改善碳/碳复合材料抗氧化性能的涂层，以满足长时(主要指100小时以上，允许的最大氧化失重率为1％)[李贺军，齐乐华，张守阳.先进复合材料学[M].西安：西北工业大学出版社,2017:p271.]高温氧化服役的实际需要。目前，SiC因具有良好的热稳定性以及与碳/碳复合材料的良好相容性，是最有发展潜力的涂层材料之一。在高温含氧气氛中，SiC基涂层表面形成一层保护性的SiO₂层，可有效地防止氧对涂层内部材料的侵蚀。但是，由于SiO₂氧化膜在1773K以上易挥发，难以长期稳定存在。即单一的SiC涂层难以实现对碳/碳复合材料的长时间高温氧化防护。