專利名稱：一種納米帶增韌硅基陶瓷涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米帶增韌硅基陶瓷涂層的制備方法，涉及一種在炭/炭(C/C)復(fù)合材料表面制備SiC納米帶增韌硅基陶瓷涂層的方法。
背景技術(shù)：
高溫抗氧化涂層技術(shù)是解決C/C復(fù)合材料作為熱結(jié)構(gòu)材料在實(shí)際應(yīng)用中關(guān)鍵技術(shù)，其中，硅基陶瓷涂層不僅具有良好的抗氧化性能，而且與C/C基體之間存在良好的物理化學(xué)相容性，被認(rèn)為是C/C復(fù)合材料理想的涂層材料。然而，硅基陶瓷固有的脆性是其在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中最難突破的瓶頸。為了提高硅基陶瓷涂層的韌性，納米線增韌硅基陶瓷涂層技術(shù)弓I起了研究人員的極大關(guān)注。
文獻(xiàn)“Effectof SiC Nanowires on the Mechanical and Oxidation ProtectiveAbility of SiC Coating for C/C Composites, Chu Yanhui, Fu Qiangang, Li Hejun,Shi Xiaohong,Li KeZhi, Wen Xue,Shang Gunan. Journal of American Ceramic Society2012(95) :739-745”介紹了一種在C/C復(fù)合材料表面采用化學(xué)氣相沉積法和包埋浸滲法結(jié)合的兩步技術(shù)制備出SiC納米線增韌SiC陶瓷涂層，即第一步在C/C復(fù)合材料表面采用化學(xué)氣相沉積法制備SiC納米線多孔層；第二步采用包埋浸滲法使SiC陶瓷填充SiC納米線多孔層中的孔隙。該技術(shù)盡管在一定程度上提高了涂層的韌性，但納米線自身的因素限制了納米線與涂層基體之間的界面連通性，因此大大限制了硅基陶瓷涂層韌性的提高程度，如硅基陶瓷涂層的韌性僅提高了 48%。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問(wèn)題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種納米帶增韌硅基陶瓷涂層的制備方法，技術(shù)方案一種納米帶增韌硅基陶瓷涂層的制備方法，其特征在于步驟如下步驟I :將質(zhì)量百分比為10 15%的Si粉，15 30%的C粉，40 70%的SiO2粉和5 15%的二茂鐵粉，置于松脂球磨罐中，進(jìn)行球磨混合處理2 4h ;步驟2 :將經(jīng)步驟I制備的粉料均勻鋪滿石墨坩堝底部，將C/C復(fù)合材料用一束3k碳纖維捆綁后懸掛在坩堝內(nèi)的粉料上方；所述C/C復(fù)合材料需經(jīng)過(guò)打磨拋光后清洗，并烘干;步驟3 :將石墨坩堝放入石墨為發(fā)熱體的立式真空爐中，對(duì)真空爐進(jìn)行真空處理后通Ar至常壓，以5 10° C/min升溫速度將爐溫從室溫升至1650 1750° C，保溫I 3h ;隨后關(guān)閉電源自然冷卻至室溫，得到表面含有SiC納米帶多孔層的C/C復(fù)合材料；整個(gè)過(guò)程中通Ar保護(hù)；步驟4:將質(zhì)量百分比為70 85%的Si粉，5 15%的SiC粉，7 15%的C粉和3 10%的Al2O3粉，置于松脂球磨罐中，球磨混合處理2 4h得到混合的包埋粉料；步驟5 :將包埋粉料一半放入石墨坩堝中，再放入經(jīng)步驟3制備的表面含有SiC納米帶多孔層的C/C復(fù)合材料，隨后放入另一半的包埋粉料將表面含有SiC納米帶多孔層的C/C復(fù)合材料覆蓋；
步驟6 :將石墨坩堝放入石墨為發(fā)熱體的立式真空爐中，對(duì)真空爐進(jìn)行真空處理后，通Ar氣至常壓，以5 10° C/min升溫速度將爐溫從室溫升至2000 2200° C，保溫I 3h ;隨后關(guān)閉電源自然冷卻至室溫，得到納米帶增韌硅基陶瓷涂層，整個(gè)過(guò)程中通氬氣保護(hù)。所述步驟3和步驟5中的真空處理是抽真空使得真空度達(dá)到-0. 09MPa，然后保真空30min以上，當(dāng)真空度無(wú)變化時(shí)證明系統(tǒng)密封完好結(jié)束。所述的Si粉的純度為99. 5%，粒度為300目。所述C粉的純度為99%，粒度為320目。所述C粉的純度為99%，粒度為320目。所述SiC粉的純度為98. 5%，粒度為300目。所述Al2O3粉的純度為分析純，粒度為100 200目。所述二茂鐵粉的純度為分析純，粒度為300目。有益效果本發(fā)明提出的一種納米帶增韌硅基陶瓷涂層的制備方法，由于采用化學(xué)氣相沉積法和包埋浸滲法相結(jié)合制備SiC納米帶增韌SiC-Si陶瓷涂層，借助納米帶本身固有的獨(dú)特性質(zhì)，可以有效地提高基體與增韌相之間的界面結(jié)合區(qū)域和機(jī)械連鎖作用，進(jìn)而提高增韌相與基體之間的界面連通性，最終提高硅基陶瓷涂層的韌性。與背景技術(shù)相比，可將硅基陶瓷涂層韌性的提高程度從48%提高到72% 83%。本發(fā)明制備的納米帶增韌硅基陶瓷涂層，與納米線增韌硅基陶瓷相比，納米帶借助其更大的表面積，可以有效地提高基體與增韌相之間的界面結(jié)合區(qū)域和機(jī)械連鎖作用，進(jìn)而提高增韌相與基體之間的界面連通性，最終提高硅基陶瓷涂層的韌性。


圖I :是發(fā)明實(shí)施例2所制備的SiC納米帶多孔層表面掃描電鏡照片；圖2 :是發(fā)明實(shí)施例2所制備的SiC納米帶增韌的SiC-Si涂層表面掃描電鏡照片;圖3 :是本發(fā)明實(shí)施例2所制備的SiC納米帶增韌的SiC-Si涂層斷面掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例I :將C/C復(fù)合材料分別用400號(hào)、800號(hào)和1000號(hào)的砂紙依次打磨拋光后用無(wú)水乙
醇洗滌干凈，于烘箱中烘干備用。分別稱取IOg的Si粉，15g的C粉，70g的SiO2粉和5g的二茂鐵粉。置于松脂球磨罐中，取不同數(shù)量不同直徑的瑪瑙球放入松脂球磨罐中，在行星式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨混合處理2h，作為粉料備用。將上述粉料放入石墨坩堝中，使其均勻鋪滿坩堝底部，再將得到的C/C復(fù)合材料用一束3K碳纖維捆綁后懸掛在粉料表面的上方，然后將石墨坩堝放入真空反應(yīng)爐中。抽真空30min后使真空度達(dá)到-0. 09MPa,保真空30min，觀察真空表指示是否變化，如無(wú)變化，說(shuō)明系統(tǒng)密封完好。通氬氣至常壓。此過(guò)程重復(fù)三次。之后將爐溫升至1650° C，升溫速率為5° C/min，然后保溫3小時(shí)。隨后關(guān)閉電源自然冷卻至室溫，整個(gè)過(guò)程中通氬氣保護(hù)。隨后取出石墨坩堝，清理C/C復(fù)合材料上的碳纖維，得到表面含有SiC納米帶多孔層的C/C復(fù)合材料。分別稱取75g的Si粉，15g的SiC粉，15g的C粉，IOg的Al2O3粉。置于松脂球磨罐中，取不同數(shù)量不同直徑的瑪瑙球放入球磨罐中，在行星式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨混合處理2h，得到包埋粉料。將包埋粉料的一半放入石墨坩堝，放入制備好的表面含有SiC納米帶多孔層的C/ C復(fù)合材料，再放入一半的包埋粉料，輕微的搖晃坩堝，使粉料均勻地包埋表面含有SiC納米帶多孔層的C/C復(fù)合材料，然后將石墨坩堝放入石墨作為發(fā)熱體的立式真空爐中。抽真空30min后使真空度達(dá)到-0. 09MPa,保真空30min，觀察真空表指示是否變化，如無(wú)變化，說(shuō)明系統(tǒng)密封完好。通Ar氣至常壓。此過(guò)程重復(fù)三次。之后將爐溫升至2200° C，升溫速率為10° C/min，然后保溫lh。隨后關(guān)閉電源自然冷卻至室溫，整個(gè)過(guò)程中通Ar保護(hù)。隨后取出坩堝，清理粉料，得到表面含有SiC納米帶增韌SiC-Si涂層的C/C復(fù)合材料。測(cè)試結(jié)果表明在SiC-Si涂層中引入SiC納米帶后，涂層的韌性被提高了 72%。實(shí)施例2 將C/C復(fù)合材料分別用400號(hào)、800號(hào)和1000號(hào)的砂紙依次打磨拋光后用無(wú)水乙
醇洗滌干凈，于烘箱中烘干備用。分別稱取13g的Si粉，22g的C粉，55g的SiO2粉和IOg的二茂鐵粉。置于松脂球磨罐中，取不同數(shù)量不同直徑的瑪瑙球放入松脂球磨罐中，在行星式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨混合處理3h，作為粉料備用。將上述粉料放入石墨坩堝中，使其均勻鋪滿坩堝底部，再將得到的C/C復(fù)合材料用一束3K碳纖維捆綁后懸掛在粉料表面的上方，然后將石墨坩堝放入真空反應(yīng)爐中。抽真空30min后使真空度達(dá)到-0. 09MPa,保真空30min，觀察真空表指示是否變化，如無(wú)變化，說(shuō)明系統(tǒng)密封完好。通氬氣至常壓。此過(guò)程重復(fù)三次。之后將爐溫升至1700° C，升溫速率為7° C/min，然后保溫2小時(shí)。隨后關(guān)閉電源自然冷卻至室溫，整個(gè)過(guò)程中通氬氣保護(hù)。隨后取出石墨坩堝，清理C/C復(fù)合材料上的碳纖維，得到表面含有SiC納米帶多孔層的C/C復(fù)合材料。分別稱取78g的Si粉，IOg的SiC粉，Ilg的C粉，6g的Al2O3粉。置于松脂球磨罐中，取不同數(shù)量不同直徑的瑪瑙球放入球磨罐中，在行星式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨混合處理3h，得到包埋粉料。將包埋粉料的一半放入石墨坩堝，放入制備好的表面含有SiC納米帶多孔層的C/C復(fù)合材料，再放入一半的包埋粉料，輕微的搖晃坩堝，使粉料均勻地包埋表面含有SiC納米帶多孔層的C/C復(fù)合材料，然后將石墨坩堝放入石墨作為發(fā)熱體的立式真空爐中。抽真空30min后使真空度達(dá)到-0. 09MPa,保真空30min，觀察真空表指示是否變化，如無(wú)變化，說(shuō)明系統(tǒng)密封完好。通Ar氣至常壓。此過(guò)程重復(fù)三次。之后將爐溫升至2100° C，升溫速率為7° C/min，然后保溫2h。隨后關(guān)閉電源自然冷卻至室溫，整個(gè)過(guò)程中通Ar保護(hù)。隨后取出坩堝，清理粉料，得到表面含有SiC納米帶增韌SiC-Si涂層的C/C復(fù)合材料。由圖I可見，制備的SiC納米帶多孔層主要由自由取向、無(wú)規(guī)則分布的SiC納米帶組成，并且均勻地分布在C/C復(fù)合材料表面。由圖2可見，制備的SiC納米帶增韌的SiC-Si涂層結(jié)構(gòu)致密，無(wú)明顯孔洞和裂紋等缺陷。由圖3可見，大量的SiC納米帶取向雜亂、均勻分布在SiC-Si涂層中。測(cè)試結(jié)果表明在SiC-Si涂層中引入SiC納米帶后，涂層的韌性被提高了 83%。實(shí)施例3 將C/C復(fù)合材料分別用400號(hào)、800號(hào)和1000號(hào)的砂紙依次打磨拋光后用無(wú)水乙
醇洗滌干凈，于烘箱中烘干備用。分別稱取15g的Si粉，30g的C粉，40g的SiO2粉和15g的二茂鐵粉。置于松脂 球磨罐中，取不同數(shù)量不同直徑的瑪瑙球放入松脂球磨罐中，在行星式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨混合處理4h，作為粉料備用。將上述粉料放入石墨坩堝中，使其均勻鋪滿坩堝底部，再將得到的C/C復(fù)合材料用一束3K碳纖維捆綁后懸掛在粉料表面的上方，然后將石墨坩堝放入真空反應(yīng)爐中。抽真空30min后使真空度達(dá)到-0. 09MPa,保真空30min，觀察真空表指示是否變化，如無(wú)變化，說(shuō)明系統(tǒng)密封完好。通氬氣至常壓。此過(guò)程重復(fù)三次。之后將爐溫升至1750° C，升溫速率為10° C/min，然后保溫lh。隨后關(guān)閉電源自然冷卻至室溫，整個(gè)過(guò)程中通氬氣保護(hù)。隨后取出石墨坩堝，清理C/C復(fù)合材料上的碳纖維，得到表面含有SiC納米帶多孔層的C/C復(fù)合材料。分別稱取85g的Si粉，5g的SiC粉，7g的C粉，3g的Al2O3粉。。置于松脂球磨罐中，取不同數(shù)量不同直徑的瑪瑙球放入球磨罐中，在行星式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨混合處理4h，得到包埋粉料。將包埋粉料的一半放入石墨坩堝，放入制備好的表面含有SiC納米帶多孔層的C/C復(fù)合材料，再放入一半的包埋粉料，輕微的搖晃坩堝，使粉料均勻地包埋表面含有SiC納米帶多孔層的C/C復(fù)合材料，然后將石墨坩堝放入石墨作為發(fā)熱體的立式真空爐中。抽真空30min后使真空度達(dá)到-0. 09MPa,保真空30min，觀察真空表指示是否變化，如無(wú)變化，說(shuō)明系統(tǒng)密封完好。通Ar氣至常壓。此過(guò)程重復(fù)三次。之后將爐溫升至2000° C，升溫速率為5° C/min，然后保溫3h。隨后關(guān)閉電源自然冷卻至室溫，整個(gè)過(guò)程中通Ar保護(hù)。隨后取出坩堝，清理粉料，得到表面含有SiC納米帶增韌SiC-Si涂層的C/C復(fù)合材料。測(cè)試結(jié)果表明在SiC-Si涂層中引入SiC納米帶后，涂層的韌性被提高了 78%。所有實(shí)施例中，Si粉的純度為99. 5%、粒度為300目，C粉的純度為99%，粒度為320目，SiO2粉的純度為分析純、粒度為300目，SiC粉的純度為98. 5%、粒度為300目，Al2O3粉的純度為分析純，粒度為100 200目，二茂鐵粉的純度為分析純，粒度為300目。
權(quán)利要求
1.一種納米帶增韌硅基陶瓷涂層的制備方法，其特征在于步驟如下 步驟I :將質(zhì)量百分比為10 15%的Si粉，15 30%的C粉，40 70%的SiO2粉和5 15%的二茂鐵粉，置于松脂球磨罐中，進(jìn)行球磨混合處理2 4h ; 步驟2 :將經(jīng)步驟I制備的粉料均勻鋪滿石墨坩堝底部，將C/C復(fù)合材料用一束3k碳纖維捆綁后懸掛在坩堝內(nèi)的粉料上方；所述C/C復(fù)合材料需經(jīng)過(guò)打磨拋光后清洗，并烘干； 步驟3 :將石墨坩堝放入石墨為發(fā)熱體的立式真空爐中，對(duì)真空爐進(jìn)行真空處理后通Ar至常壓，以5 10° C/min升溫速度將爐溫從室溫升至1650 1750° C，保溫I 3h;隨后關(guān)閉電源自然冷卻至室溫，得到表面含有SiC納米帶多孔層的C/C復(fù)合材料；整個(gè)過(guò)程中通Ar保護(hù)； 步驟4 :將質(zhì)量百分比為70 85%的Si粉，5 15%的SiC粉，7 15%的C粉和3 10 %的Al2O3粉，置于松脂球磨罐中，球磨混合處理2 4h得到混合的包埋粉料； 步驟5 :將包埋粉料一半放入石墨坩堝中，再放入經(jīng)步驟3制備的表面含有SiC納米帶多孔層的C/C復(fù)合材料，隨后放入另一半的包埋粉料將表面含有SiC納米帶多孔層的C/C復(fù)合材料覆蓋； 步驟6:將石墨坩堝放入石墨為發(fā)熱體的立式真空爐中，對(duì)真空爐進(jìn)行真空處理后，通Ar氣至常壓，以5 10° C/min升溫速度將爐溫從室溫升至2000 2200° C，保溫I 3h;隨后關(guān)閉電源自然冷卻至室溫，得到納米帶增韌硅基陶瓷涂層，整個(gè)過(guò)程中通氬氣保護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述納米帶增韌硅基陶瓷涂層的制備方法，其特征在于所述步驟3和步驟5中的真空處理是抽真空使得真空度達(dá)到-0. 09MPa，然后保真空30min以上，當(dāng)真空度無(wú)變化時(shí)證明系統(tǒng)密封完好結(jié)束。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述納米帶增韌硅基陶瓷涂層的制備方法，其特征在于所述的Si粉的純度為99. 5%，粒度為300目。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述納米帶增韌硅基陶瓷涂層的制備方法，其特征在于所述C粉的純度為99%，粒度為320目。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述納米帶增韌硅基陶瓷涂層的制備方法，其特征在于所述SiO2粉的純度為分析純，粒度為300目。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述納米帶增韌硅基陶瓷涂層的制備方法，其特征在于所述SiC粉的純度為98. 5%，粒度為300目。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述納米帶增韌硅基陶瓷涂層的制備方法，其特征在于所述Al2O3粉的純度為分析純，粒度為100 200目。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述納米帶增韌硅基陶瓷涂層的制備方法，其特征在于所述二茂鐵粉的純度為分析純，粒度為300目。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米帶增韌硅基陶瓷涂層的制備方法，采用化學(xué)氣相沉積法和包埋浸滲法相結(jié)合制備SiC納米帶增韌SiC-Si陶瓷涂層，借助納米帶本身固有的獨(dú)特性質(zhì)，有效地提高基體與增韌相之間的界面結(jié)合區(qū)域和機(jī)械連鎖作用，進(jìn)而提高增韌相與基體之間的界面連通性，最終提高硅基陶瓷涂層的韌性。與背景技術(shù)相比，可將硅基陶瓷涂層韌性的提高程度從48％提高到72％～83％。
文檔編號(hào)C04B35/78GK102718527SQ20121020785
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者付前剛, 李克智, 李賀軍, 褚衍輝, 谷彩閣 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)