[发明专利]一种可调氧分压技术改进高温抗氧化复合涂层及其制备方法与应用

说明书

一种可调氧分压技术改进高温抗氧化复合涂层及其制备方法与应用，具体为采用料浆浸渍烧结法在基体材料上制备内层氮化硼孔洞密封层，可有效填充基体材料中的固有缺陷，提升基体与涂层之间的结合力；采用涂刷烧结法制备硅粉/硅化锆/硼化铬中间自愈合层，该层处于高温含氧环境中可生成多种流动性自愈合介质，进而弥合涂层中的孔洞和裂纹等缺陷；采用化学气相沉积法制备外层阻挡隔热层，可起到热防护作用并减缓挥发性产物导致的涂层消耗。本发明提供的三层复合高温抗氧化涂层具有优异的宽温域抗氧化、抗热震性能，可以提高基体材料在高温含氧环境中的服役寿命，使复合材料在高温含氧环境下多次循环使用后保持性能稳定。

技术领域

本发明属于碳基与陶瓷基复合材料高温抗氧化涂层技术领域，尤其是涉及一种具有强结合力、强自愈合性与耐高温氧化的复合热防护涂层及其制备方法与应用。

背景技术

以C/C、C/C-SiC、C/SiC和SiC/SiC为代表的高温热结构复合材料在航空航天领域具有举足轻重的地位，其由于轻质、可加工设计性强、耐烧蚀、耐摩擦磨损、力学性能好、化学稳定性和热稳定性优异等特点，被广泛应用于航空发动机的喷嘴、喉衬等热端部件，从而提升航空发动机的推动比，实现航空动力学系统向更高效发展，在国防军工方面具有极强的表现力。但是，上述碳基与陶瓷基复合材料的优异性能只有在惰性气氛下才能够得以显现，当处于高温有氧腐蚀环境中，材料的多项性能会出现显著降低，从而影响其长时间服役。因此，解决复合材料的高温氧化腐蚀的问题极为重要，也是目前碳基与陶瓷基复合材料研究的热点与难点。

在复合材料表面制备高温热防护涂层被认为是解决上述问题最有效的方法之一，高温热防护涂层是指通过喷涂、刷镀或黏合等方法将一些耐高温性能较好的材料制备在基体表面上，使基体材料免受高温与氧化腐蚀介质的接触以提升服役性能。众所周知，高温陶瓷复合涂层的制备温度通常较高，成本高昂，而且还存在缺陷多和工艺稳定性不佳等问题。因此，以基体活化点钝化和氧气扩散阻碍为目标的高温抗氧化涂层体系设计非常重要，然而由于基体与涂层之间理化性质不相容、热膨胀系数不匹配、涂层自愈合能力较差等问题，涂层很容易出现裂纹甚至剥落现象，涂层系统的寿命也很难得到提升。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种通过可调氧分压技术改进的具有高致密、强自愈合的可调氧分压技术改进高温抗氧化复合涂层及其制备方法与应用，有效提高复合材料在高温有氧环境中的服役寿命。

上述目的可以通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种可调氧分压技术改进高温抗氧化复合涂层，包括经浸渍烧结法制备在基体材料表面的孔洞密封层、经涂刷烧结法制备在孔洞密封层表面的自愈合层、经化学气相沉积法制备在自愈合层表面的隔热层。

优选地，所述孔洞密封层的材料为氮化硼；所述自愈合层的成分包括硅粉、硅化锆、硼化铬；所述隔热层的材料为化学气相沉积碳化硅。

优选地，所述孔洞密封层的厚度为20～40μm；所述自愈合层的厚度为80～140μm；所述隔热层的厚度为30～50μm。

第二方面，本发明提供了上述高温抗氧化复合涂层的制备方法，采用以下步骤：S1：采用料浆浸渍烧结法，在基体材料表面制备内层(氮化硼)孔洞密封层，以封填基体材料中固有缺陷，提升基体与涂层之间的结合力并降低基体的氧化活性位点；S2：采用涂刷烧结法，在内层孔洞密封层表面制备中间层(硅粉/硅化锆/硼化铬)自愈合层，该层处于高温含氧环境中可生成多种流动性自愈合介质，进而弥合涂层中的孔洞和裂纹等缺陷，以增强涂层的高温抗氧化腐蚀性能以及提升涂层与涂层之间的粘合力；S3：采用化学气相沉积法，在中间层自愈合层表面制备外层(化学气相沉积碳化硅)隔热层，以降低涂层系统内部的温度和涂层系统的蒸汽压，可起到热防护作用并减缓挥发性产物导致的涂层消耗。在具体的制备过程中，内层(氮化硼)孔洞密封层的厚度为20～40μm，；中间层(硅粉/硅化锆/硼化铬)自愈合层的厚度为80～140μm；外层(化学气相沉积碳化硅)隔热层的厚度为30～50μm。