[发明专利]一种碳纤维耐高温涂层及其涂覆工艺

说明书

一种碳纤维耐高温涂层及其涂覆工艺，属于碳纤维基材的涂层覆膜技术领域。因为碳纤维的纤维特性，最终成型的碳纤维板材表面粗糙度、孔隙率均较高，涂层直接喷涂无法成型，又由于耐高温需求，涂层烧制后也会破碎。本发明涂层包括7~20层，每层厚度为0.7~0.9mm，总厚度5~15mm；每层原料按重量份包括氮化硅22~26份、氧化铝19~21份、三氧化二铁6~8份、二氧化硅6~9份、氮化硼8~12份、氧化钛8~11份、氟化镁4~6份、氧化钕3~6份、石墨8~9份和焦宝石3~5份；其中，氧化铝、三氧化二铁、二氧化硅均为纳米级颗粒；由高温烧制而成，实现了碳纤维基材的涂层附着，并具有良好的耐高温性能与抗张强度。

技术领域

一种碳纤维耐高温涂层及其涂覆工艺，属于碳纤维基材的涂层覆膜技术领域。

背景技术

碳纤维作为一种新兴材料，以其超轻、超强的特性，广泛应用于国民经济至国防建设的多种领域，属于战略性新兴材料。含碳量在90%以上，具有十分优异的力学性能，在导弹、运载火箭和卫星飞行器上也发挥着不可替代的作用。其与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。此外,其还兼具其他多种得天独厚的优良性能：低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性、纺织加工性均优良等，具有其它复合材料无法比拟的优良性能，被应用于军事及民用工业的各个领域,在航空航天领域的光辉业绩，尤为世人所瞩目。

轮船领域的凸轮轴、陶瓷发动机、钻探领域钻头部件或航空航天领域等方面，碳纤维作为超强超轻材料具有广阔的应用前景，但是，上述领域中的应用环境具备的共性之一是需要使碳纤维暴露于高温环境，部分情况下碳纤维需要接触超过1000℃的高温，尤其对于航空航天领域，作为舱体外壳，碳纤维表面在高速摩擦空气时可能会产生高达1800℃的温度，这就要求碳纤维的外涂层应同时具备超高的耐高温性能、结合强度与耐磨抗冲性能。但由于碳纤维表层带有很多毛细孔，所以必须有一层与之性能相匹配的涂层，才能满足特殊工业的要求。

现有技术中的涂层往往采取简单的喷涂或涂抹的覆膜方式，因为碳纤维的纤维特性，最终成型的碳纤维板材表面粗糙度、孔隙率均较高，直接喷涂或涂抹形成的涂层会在几秒内渗入板材内部，无法成型，即使短暂形成涂层结构，又由于耐高温需求，耐高温涂层需要进入超过1800℃的环境进行烧成，在烧成过程因为碳纤维基材与涂层的膨胀系数差距，极端温度下膨胀收缩差距进一步拉大，涂层也会破碎，无法成型，目前尚没有能够有效对碳纤维基材覆膜的耐高温涂层或其工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够覆盖碳纤维板材表面，平整且贴合度高，具备较强的耐高温性能，能够有效提高碳纤维制品抗张强度与热稳定性的碳纤维耐高温涂层及其涂覆工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碳纤维耐高温涂层，其特征在于：包括7~20层原料，每层原料厚度为0.7~0.9mm，总厚度5~15mm；每层原料按重量份包括氮化硅22~26份、氧化铝19~21份、三氧化二铁 6~8份、二氧化硅6~9份、氮化硼8~12份、氧化钛8~11份、氟化镁4~6份、氧化钕3~6份、石墨8~9份和焦宝石3~5份；

其中，氧化铝、三氧化二铁、二氧化硅均为纳米级颗粒；

由1300℃以上温度烧制而成。

依托于碳纤维材料的极耐高温的特性，可将涂覆有所述涂层的基材放入高温炉中烧制，形成超耐高温涂层，以纳米级氧化硅与氧化铁为主要晶体材料来源，在高温下多层结构烧制形成致密晶体结构。

在晶体结构上，高温下烧制而成的新型无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子，具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强除赋予新型无机非金属材料除具有传统无机非金属材料的优点外，具备了高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性，以及宽广的隔热性、良好的光学性等特殊性能。