[发明专利]一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法；属于耐高温复合材料制备技术领域。其基本技术路线为首先采用包埋法制备SiC底层，然后再在SiC包覆碳/碳复合材料表面的表面采用溶胶‑凝胶工艺制备莫来石中间层，最后采用原位反应烧结法在莫来石中间层表面制备BSAS外涂层。该方法与传统的等离子喷涂法、化学气相沉积法相比，具有设备成本低，工艺简单、快捷、高效，对于基体形状适应性强，所得涂层均匀致密等优势。本发明工艺简单可控，便于产业化应用。

主权项

1.一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1包埋法制备SiC涂层将C/C复合材料埋于包埋粉料内，在保护气氛下，进行烧结，得到基体Ⅰ；所述基体Ⅰ为均匀包覆有SiC涂层的C/C复合材料；烧结时控制温度为1750℃～1800℃；所述包埋粉料中以质量百分比计包括下述组分：Si粉：60～65％；SiC粉：10～30％；炭粉：5～10％；Al2O3：1～5％；步骤2溶胶‑凝胶法制备莫来石中间层步骤2.1将10.4165g正硅酸乙酯和和56.247gAl(NO3)3·9H2O溶于50mL乙醇中，加入1.800g冰醋酸后于60℃水浴加热下回流反应4h后再升温至80℃反应12h，随后将反应得到的凝胶干燥后以250rpm转速球磨2h后放入马弗炉内，升温速率5℃/min，1200℃保温2h后随炉冷却至室温，制得预煅烧莫来石粉料A；或将41.666g正硅酸乙酯和和225.078gAl(NO3)3·9H2O溶于200mL乙醇中，加入30g冰醋酸后于60℃水浴加热下回流反应4h后再升温至80℃反应12h，随后将反应得到的凝胶干燥后以250rpm转速球磨2h后放入马弗炉内，升温速率5℃/min，1200℃保温2h后随炉冷却至室温，制得预煅烧莫来石粉料A；或将52.0825g正硅酸乙酯和和281.3475gAl(NO3)3·9H2O溶于400mL乙醇中，加入45g冰醋酸后于60℃水浴加热下回流反应5h后再升温至80℃反应14h，随后将反应得到的凝胶干燥后以250rpm转速球磨2.5h后放入马弗炉内，升温速率5℃/min，1200℃保温2h后随炉冷却至室温，制得预煅烧莫来石粉料A；步骤2.2将6.1233g乙酸铝、0.1500gAl(NO3)3·9H2O、12.4000g无水氯化铝和10.4165g正硅酸乙酯溶于50mL无水乙醇中后，加入1.2g冰醋酸作为催化剂后搅拌，待固体试剂完全溶解于无水乙醇后在隔绝水份环境下于60℃水浴加热下回流反应4h后再缓慢滴加入0.042g去离子水，随后升温至80℃反应12h；反应结束后将反应得到的凝胶陈化2个月后于120℃干燥12h后以250rpm转速球磨2h后得到莫来石前驱体粉料B；或将30.6165g乙酸铝、3.7498gAl(NO3)3·9H2O、12.0000g无水氯化铝和52.0852g正硅酸乙酯溶于200mL无水乙醇中后，加入20g冰醋酸作为催化剂后搅拌，待固体试剂完全溶解于无水乙醇后在隔绝水份环境下于60℃水浴加热下回流反应4h后再缓慢滴加入0.21g去离子水，随后升温至80℃反应12h；反应结束后将反应得到的凝胶陈化2个月后于120℃干燥12h后以250rpm转速球磨2h后得到莫来石前驱体粉料B；或将30.6165g乙酸铝、3.7498gAl(NO3)3·9H2O、12.0000g无水氯化铝和52.0852g正硅酸乙酯溶于200mL无水乙醇中后，加入20g冰醋酸作为催化剂后搅拌，待固体试剂完全溶解于无水乙醇后在隔绝水份环境下于60℃水浴加热下回流反应4h后再缓慢滴加入0.21g去离子水，随后升温至85℃反应12h。反应结束后将反应得到的凝胶陈化2个月后于120℃干燥12h后以250rpm转速球磨4h后得到莫来石前驱体粉料B；步骤2.3按质量比，预煅烧莫来石粉料A：莫来石前驱体粉料B＝4～6:1，配取预煅烧莫来石粉料A、莫来石前驱体粉料B，按所配取预煅烧莫来石粉料A与莫来石前驱体粉料B总质量的0.3～1％配取成膜助剂；所述成膜助剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种；按溶剂总质量的5～8％，配取干燥抑制剂；所述干燥抑制剂选自草酸、丙三醇中的至少一种；所述溶剂选自乙醇或甲醇中的至少一种；配取预煅烧莫来石粉料A+莫来石前驱体粉料B总质量为所用溶剂的质量的15～35％；将配取的预煅烧莫来石粉料A、莫来石前驱体粉料B、成膜助剂、干燥抑制剂、溶剂通过球磨混合均匀后得到涂层前驱体浆料，将基体Ⅰ浸入浆料中，利用浸渍提拉技术进行浆料涂覆；涂覆完后，在1480～1515℃煅烧，得到基体Ⅱ；所述基体Ⅱ为均匀包覆有莫来石的基体Ⅰ；步骤3原位反应烧结法制备钡锶铝硅酸盐最外层：步骤3.1将步骤2.3所得基体Ⅱ浸入浆料C中，利用浸渍提拉装置进行浆料涂覆；得到均匀涂覆有浆料C的基体Ⅱ；所述浆料C由原料和溶剂按质量比，原料：溶剂＝65～80：20～35组成；所述原料由原料D、原料E、烧结助剂、成膜助剂组成；所述原料D占所述原料总质量的83～91％，所述原料D由BaO、SrO、Al2O3和SiO2粉按摩尔比BaO：SrO：Al2O3：SiO2＝(1‑x)：x：1：2，所述x大于0且小于1；所述原料E占所述原料总质量的3～5％，所述原料E由Co2O3和ZrO2按质量比Co2O3：ZrO2＝(1‑y)：y，所述y大于零且小于等于0.5；所述烧结助剂B2O3占所述原料总质量的3～7％；所述成膜助剂占所述原料总质量的3～5％；所述成膜剂选自聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；步骤3.2在有氧气氛下，与于1400～1500℃对将步骤3.1所得均匀涂覆有浆料A的基体Ⅱ进行烧结；得到含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料。