[发明专利]一种耐烧蚀复合陶瓷涂层的制备方法、耐烧蚀复合陶瓷涂层和应用

说明书

本发明提供了一种耐烧蚀复合陶瓷涂层的制备方法、耐烧蚀复合陶瓷涂层和应用。根据本发明的制备方法制备的耐烧蚀复合陶瓷涂层，引入了耐高温烧蚀的物质，且不会产生挥发性物质，涂层具有一定的致密性，能阻隔硅蒸汽对碳/碳层的侵蚀，提升了碳/碳复合材料的使用寿命。本发明还提供了耐烧蚀复合陶瓷涂层和应用。

技术领域

本发明属于涂层制备技术领域，具体涉及一种耐烧蚀复合陶瓷涂层的制备方法、耐烧蚀复合陶瓷涂层和应用。

背景技术

碳/碳复合材料由于其优异的高温性能，作为一种理想的热场结构材料被光伏行业广泛应用。但由于碳/碳复合材料不耐高温氧化和硅腐蚀，在一些特定环境中常常因氧化或腐蚀造成结构件失效，导致使用寿命大幅缩短，严重制约了其在光伏热场的应用。

相关技术中，为了满足碳/碳复合材料在特殊环境下的使用，延长其使用寿命，一般通过在其表面制备具有耐高温烧蚀的陶瓷涂层以满足使用需求。为了不影响光伏热场最终产品单晶硅的品质，光伏热场对碳/碳结构件成分要求严苛，不能含有正三价元素，也不能含有除硅外的挥发性物质。因此，目前光伏热场中使用的碳/碳复合材料主要涂层为沉积碳涂层或单一的碳化硅涂层。但由于沉积碳不耐硅腐蚀，对碳/碳结构件使用寿命的提高有局限性，而热场前期的烧炉温度为1700℃～1750℃，单一的碳化硅涂层在使用过程中，碳化硅会析晶导致粉化现象，且后期使用过程中，随着碳化硅晶粒的长大，硅蒸汽会通过孔隙快速进入碳/碳层，造成碳/碳层的剥离，导致使用寿命大幅降低。

因此，需要新的工艺来改善光伏热场中碳/碳复合材料涂层的耐烧蚀性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种耐烧蚀复合陶瓷涂层的制备方法、耐烧蚀复合陶瓷涂层和应用，由本发明的制备方法制备的耐烧蚀复合陶瓷涂层，引入了耐高温烧蚀的物质，且不会产生挥发性物质，涂层具有一定的致密性，能阻隔硅蒸汽对碳/碳层的侵蚀，提升了碳/碳复合材料的使用寿命。

本发明还提供了一种由本发明的制备方法制备得到的耐烧蚀复合陶瓷涂层。

本发明还提供了上述制备方法在制备单晶硅中的应用。

本发明的第一方面提供了一种耐烧蚀复合陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1：采用锆改性聚甲基硅烷浸渍液对碳/碳复合材料进行浸渍处理后，进行第一次烧结，在所述碳/碳复合材料表面形成碳化硅/碳化锆过渡涂层；

S2：将耐烧蚀复合涂料涂覆于所述碳化硅/碳化锆过渡涂层的表面后，进行第二次烧结，得到所述耐烧蚀复合陶瓷涂层；

所述耐烧蚀复合涂料的组分包括碳化锆粉、硅粉、硅化锆粉、石墨粉、锆改性聚甲基硅烷和溶剂。

本发明关于耐烧蚀复合陶瓷涂层的制备方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

本发明的制备方法，先在碳/碳复合材料表面形成碳化硅/碳化锆过渡涂层，该过渡涂层和碳/碳复合材料基体的结合强度高，覆盖面全，对碳/碳复合材料基体内部的孔隙也进行了覆盖。第一次烧结后，裂解产生的碳化硅、碳化锆与碳/碳复合材料有相近的热膨胀系数，以碳化硅、碳化锆复合陶瓷涂层为过渡层，避免了因膨胀系数不匹配而涂层产生开裂或脱落的问题。

步骤S2中，耐烧蚀复合涂料中含有锆改性聚甲基硅烷，第二次烧结中，锆改性聚甲基硅烷裂解产生的Zr-Si-C可与过渡层中的Zr-Si-C不定型粉粘接在一起，由此，很好的解决了涂覆工艺制备的涂层与基体结合强度弱的问题。