[发明专利]一种SiCf有效

专利信息
申请号: 202110331522.X 申请日: 2021-03-29
公开(公告)号: CN113024283B 公开(公告)日: 2022-04-19
发明(设计)人: 陈招科;伍艳;熊翔;陈怡涵 申请(专利权)人: 中南大学
主分类号: C04B41/89 分类号: C04B41/89
代理公司: 北京圣州专利代理事务所(普通合伙) 11818 代理人: 朱芳斌
地址: 410083 湖南*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 一种 sic base sub
【说明书】:

发明公开了一种SiCf/SiC复合材料表面抗辐照抗空气氧化复合涂层及其制备方法,所述复合涂层包括依次在SiCf/SiC复合材料表面形成的内涂层和外涂层,所述内涂层的主要成分为MoSi2、Si和Cr且含有C元素,所述外涂层为高纯β‑SiC。通过刷涂+一次CVD工艺制得。本发明所提供的复合涂层:一方面,外涂层充分渗入内涂层,涂层组织均匀致密,与SiCf/SiC复合材料结合良好;另一方面,复合涂层的抗氧化、抗热震性能和抗辐照性能优异,所得含复合涂层的SiCf/SiC复合材料,在1400℃氧化10h后强度保留率大于92.20%,在1400℃至室温热循环30次后的强度与原始SiCf/SiC复合材料相比提高了12.23%以上,在离子能量为6MeV的Si2+辐照后强度保留率为84.15%以上。

技术领域

本发明涉及一种SiCf/SiC复合材料表面抗辐照抗空气氧化复合涂层及其制备方法,属于功能涂层技术领域。

背景技术

SiCf/SiC复合材料是一种既可以用于高温氧化烧蚀环境,又可用于中子辐照环境的优良陶瓷基复合材料,是空间堆核能发动机服役的重要候选材料,并在其它有特殊应用需求的核热、核电推进系统中具有非常重要的应用前景。

然而,在高温、腐蚀介质、燃气冲刷以及复杂应用环境等多因素交互作用的发动机工作环境下,SiCf/SiC复合材料表面氧化生成的致密SiO2保护膜会与环境中的水蒸气反应形成具有挥发性的Si(OH)x,主要是Si(OH)4,导致材料性能衰退。为解决该问题,研究者通常在材料表面制备一层耐水氧腐蚀、抗熔盐腐蚀以及其他环境因素损伤的涂层,称为环境障碍涂层(Environmental Barrier Coating, EBC)。

EBC涂层的组成多为稀土氧化物,稀土硅酸盐虽具有优良的抗水氧腐蚀性能、相稳定性以及高速燃气环境中较低的挥发率,但稀土的中子吸收截面大,抗辐照性能差。因此,现有的EBC涂层体系并不能直接应用于抗辐照要求的空间堆核能发动机。

发明内容

针对现有高温抗氧化涂层难以在辐照条件下使用,本发明提出一种SiCf/SiC 复合材料表面抗辐照抗空气氧化复合涂层及其制备方法,本发明所提供的涂层兼具优异的抗高温氧化、抗辐照性能,可将含上述涂层的SiCf/SiC复合材料用作空间特殊动力燃料堆芯结构件以及其他极端辐照环境下的工作组件。

为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

本发明一种SiCf/SiC复合材料表面抗辐照抗空气氧化复合涂层,所述复合涂层包含内涂层与外涂层,所述外涂层为β-SiC层,所述内涂层,包含如下组成: MoSi2、Si、Cr、C。

本发明中提供了一种双层的复合涂层,通过内外双层涂层的协同作用,使得涂层兼具优异的抗辐照、抗空气氧化性能,外层为β-SiC层,作为复合材料的致密层及防腐蚀层,内层作为抗氧化防水氧腐蚀功能层。同时,内、外涂层均具有抗辐照功能。

在本发明的内涂层中,所选择的主要元素均是具有低热中子吸收截面的元素,从而使得涂层具有稳定的抗辐照性能,本发明的内涂层的成份组成与配比,是本发明具有抗辐照的关键,发明人发现,如果某种成份不在本发明的配方范围内,不能达到本发明配方的功能,尤其是抗辐照的功能。

优选的方案,所述内涂层,按质量百分比计,其组成如下:Si 30~50%;MoSi2 20~40%;Cr 5~25%、C 5~20%。

进一步的优选,所述内涂层,按质量百分比计,其组成如下:Si 40%~50%;MoSi220~30%;Cr10~20%、C5~15%。

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