[发明专利]一种高温抗氧化耐烧蚀硼化锆基致密涂层的制备方法

说明书

本发明涉及一种高温抗氧化耐烧蚀硼化锆基致密涂层的制备方法，属于抗氧化耐烧蚀涂层制备技术领域。先采用喷雾造粒技术将ZrB₂、SiC、TaSi₂、PVA和去离子水的混合浆料进行团聚造粒，然后采用感应等离子球化技术对造粒后的粉体进行致密化处理，最后采用低压等离子喷涂技术将致密化后的粉体喷涂在C/C复合材料的表面形成ZrB₂‑SiC‑TaSi₂涂层。所述方法通过在ZrB₂‑SiC喷涂粉体中添加TaSi₂，并采用低压等离子喷涂技术制备TaSi₂掺杂ZrB₂‑SiC涂层，可以有效提高涂层的致密度和结合强度，从而使所制备的涂层具有更好的抗氧化耐烧蚀性能，满足C/C复合材料对抗氧化耐烧蚀涂层需面临更高温度、更长时间的服役要求。

技术领域

本发明涉及一种高温抗氧化耐烧蚀硼化锆基致密涂层的制备方法，属于抗氧化耐烧蚀涂层制备技术领域。

背景技术

碳纤维增强碳基体复合材料(C/C复合材料)是由作为增强体的碳纤维或其编织物以及基体碳组成的复合材料，由于具有密度低(2.2g/cm³)，良好的高温力学性能、抗热震性能以及热膨胀系数低等一系列优异性能的特性而成为高超飞行器关键部位的理想热结构材料。但是C/C复合材料在高温有氧环境下极易被氧化，容易造成结构部件失效，这严重制约了其在高超飞行器的应用。因此，在C/C复合材料表面制备具有高温抗氧化耐烧蚀的涂层是解决其高温失效的主要手段之一。

ZrB₂陶瓷由于熔点较高、密度较低、热膨胀系数较低、良好的抗热震性以及抗氧化性能，成为目前应用前景最好的几种C/C抗氧化耐烧蚀涂层材料之一。而ZrB₂-SiC涂层材料因其优异的高温性能被应用在航空航天发动的热端部件等领域，并且SiC第二相由于与C/C之间具有良好的物理化学相容性，热膨胀系数相对较低，可以有效的缓解ZrB₂和C/C材料热膨胀系数不匹配问题，所以ZrB₂-SiC是目前应用前景最广的C/C表面抗氧化耐烧蚀涂层材料体系，对于实现超高声速飞行器安全服役有着重要的意义。研究结果表明，添加20vol.％～30vol.％SiC能显著提高ZrB₂材料体系的机械性能以及抗氧化性能。但是在长时间的烧蚀考核过程中，ZrB₂-SiC涂层中SiC会因为发生活性氧化，再加上硼硅玻璃相挥发，涂层表面多孔ZrO₂骨架结构无法实现对氧气阻挡，失去其抗氧化耐烧蚀的防护效果。

由于等离子喷涂具有超过10000℃等离子体热源，尤其适合熔融ZrB₂-SiC超高温陶瓷复合粉体，制备出组织结构致密、结合强度较高的涂层，所以大气等离子喷涂制备ZrB₂-SiC抗氧化耐烧蚀涂层有望成为C/C复合材料高温抗氧化烧蚀防护的理想途径之一。但ZrB₂和SiC由于其熔点高，且都是共价化合物，自扩散系数低，在大气等离子等离射流场中很难充分熔融，以致喷涂处的涂层的致密度较低，而涂层的致密度又与其抗氧化烧蚀性能密切相关，所以会导致涂层的抗氧化烧蚀性能降低。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高温抗氧化耐烧蚀硼化锆基致密涂层的制备方法，该方通过在ZrB₂-SiC喷涂粉体中添加TaSi₂，并采用低压等离子喷涂技术制备TaSi₂掺杂ZrB₂-SiC涂层，可以有效提高涂层的致密度和结合强度，从而制备的涂层具有更好的抗氧化耐烧蚀性能，满足C/C复合材料对抗氧化耐烧蚀涂层需面临更高温度、更长时间的服役要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种高温抗氧化耐烧蚀硼化锆基致密涂层的制备方法，所述方法步骤如下：