一種碳/碳復(fù)合材料表面高溫抗氧化涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料表面處理的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在碳/碳復(fù)合材料表面制備高溫抗氧化涂層技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]C/C復(fù)合材料是航天航空領(lǐng)域理想超高溫熱結(jié)構(gòu)材料，其密度小、比強度大、熱導(dǎo)率高、抗熱震、抗蠕變、耐燒蝕、耐磨性能好，尤其在1000?2300°C時強度隨溫度升高反而升高，已廣泛應(yīng)用于航天飛機鼻錐帽、火箭發(fā)動機噴管、飛機剎車盤等。但C/C復(fù)合材料在500°C以上迅速氧化，導(dǎo)致材料毀滅性破壞，抗氧化涂層是C/C復(fù)合材料應(yīng)用在高溫有氧環(huán)境的重要途徑。
[0003]中國黃劍鋒等制備的SiC/硅酸釔/玻璃復(fù)合涂層能在1600°C下對C/C復(fù)合材料有效保護達202h，涂層試樣的氧化失重小于0.7%。來忠紅、朱景川等人開發(fā)了 SiC/MoSi2-Si/Si3N4多層抗氧化涂層，該涂層可以在1400?1450°C有效保護C/C復(fù)合材料。成來飛等用液態(tài)滲硅法制備SiC作為過渡層，用化學氣相沉積法制備SiC作為阻擋層，用液相反應(yīng)生成法制備高溫玻璃作為封填層，制備出的涂層可在1600°C工作168h以上。
[0004]發(fā)明專利《一種炭/炭復(fù)合材料長時間高溫抗氧化娃基復(fù)合涂層及制備和應(yīng)用方法》，CN 102432345B，公開了一種在炭/炭復(fù)合材料長時間高溫抗氧化娃基復(fù)合涂層的制備方法，是在炭/炭復(fù)合材料表面上由里到外依次制備連接層和陶瓷涂層；所述的連接層為包埋法制備的SiC層，所述的陶瓷涂層為刷涂法與氣相反應(yīng)法制備的MoSi2-Si2N20-CrSi2的陶瓷層；所述的包埋法制備連接層的具體步驟如下:按照質(zhì)量配比為:Si40-75%、A12032-13%、C8-20%、SiClO-38%稱取 Si 粉、A1203 粉、C 粉，SiC 粉，加入分散劑，球磨充分混勻后取出干燥后待用；最后，將炭/炭復(fù)合材料置于石墨坩禍中，并用混勻的粉末將其完全埋住，后將坩禍放入高溫爐中，在1700°C -2000°C下保溫1.5-3h ;所述的刷涂法與氣相反應(yīng)法制備MoSi2-Si2N20-CrSi2陶瓷層的具體步驟如下:按重量比為MoSi2:Cr:Si:C:A1203 = 20-50:6-20:30-50:3-11:2-10混合，選用去離子水為溶劑，聚乙烯醇為粘結(jié)劑，固相混合粉末與粘結(jié)劑配比為l-3g:20-30mL ;聚乙烯醇質(zhì)量濃度為2?5%;配制漿料，將配好的漿料刷涂在清洗干凈并干燥好的帶有SiC連接層的炭/炭復(fù)合材料上，干燥，重復(fù)刷涂干燥3-4次，最后是將刷涂并烘干后的試樣放入真空碳管燒結(jié)爐中，在氮氣氣氛下，12000C -1600°C保溫15?80min ;燒結(jié)過程中引入N2和S1，利用氣相反應(yīng)法制備Si2N20 ；所述的漿料的具體配置過程為:用超聲波清洗器在無水乙醇中清洗燒杯，磁力攪拌器備用；干燥燒杯及固體原料；按照設(shè)定好的配比稱取各種原料粉末倒入燒杯中，在磁力攪拌器上攪拌至少4h，直至粉料混合均勻。本發(fā)明通過改進制備方法，用激光束對預(yù)涂層在基材表面進行熔覆來獲得高溫抗氧化涂層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明公開一種碳/碳復(fù)合材料表面高溫抗氧化涂層，其特征在于:涂層由20?50%硅粉、5?15%碳粉、2?10%氧化鋁粉、5?10%碳化硅晶須和10%?45%碳化硅粉組成，粉末置于行星式球磨機中充分混勻，粘結(jié)劑為酒精和玻璃水組成，混合料與粘結(jié)劑配比為1:1?1.5，配置的I?5_厚度的漿料涂覆在復(fù)合材料基體表面，在惰性氣氛保護下通過高能束激光垂直方向熔覆燒結(jié)漿料，熔覆形成一層高溫抗氧化涂層。
[0006]本發(fā)明還公開了一種在碳/碳復(fù)合材料表面制備高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
[0007]A:稱取20?50%硅粉、5?15%碳粉、2?10%氧化鋁粉、5?10%碳化硅晶須和10%?45%碳化硅粉組成，粉末置于行星式球磨機中充分混勻，粘結(jié)劑為酒精和玻璃水組成，混合料與粘結(jié)劑配比為1:1?1.5，均勻攪拌形成漿料；
[0008]B:將樣品放入帶有進氣口和出氣口的封閉容器內(nèi)，激光器與樣品保持垂直，且保持間距，隨后通入惰性氣體；
[0009]C:開啟電源，激光束直徑2?5_，激光器與樣品間距5?50_，電流300?500A，脈沖頻率5?1Hz運行速度100?1000mm/s，往復(fù)運行的激光束重復(fù)率約5?10%，冷卻一段時間后即可取出碳/碳復(fù)合材料表面熔覆形成的涂層。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點在于:(I)本項目產(chǎn)品制備方法新、工藝技術(shù)好、運行成本低；(2)不僅節(jié)約成本，還開創(chuàng)了一條新的道路；(3)容易對涂層的組分進行控制，可以制備多種硅酸鹽涂層，適應(yīng)不同溫度段涂層需要；(4) C/C復(fù)合材料表面激光熔覆制備的SiC涂層強度高，且摻雜了少量的SiC晶須來改善涂層與C/C基體之間的熱膨脹差異，形成致密的高溫抗氧化SiC涂層。
【具體實施方式】
[0011]實施例1
[0012]配置高溫抗氧化涂層樣品:涂層由40g硅粉、12g碳粉、Sg氧化鋁粉、1g碳化硅晶須和30g碳化硅粉組成，粉末置于行星式球磨機中充分混勻，粘結(jié)劑120g為酒精和玻璃水組成，配置的3_厚度的漿料涂覆在復(fù)合材料基體表面。由于C/C復(fù)合材料與SiC涂層之間的熱膨脹系數(shù)有差異，可通過SiC同相晶須改善SiC涂層的致密性，提高其高溫抗氧化性能。將樣品放入帶有進氣口和出氣口的封閉容器內(nèi)，激光器與樣品保持垂直，且保持間距，隨后通入惰性氣體；開啟電源，激光束直徑3mm，激光器與樣品間距30mm，電流400A，脈沖頻率8Hz運行速度600mm/s，往復(fù)運行的激光束重復(fù)率約8 %，冷卻一段事件后即可取出碳/碳復(fù)合材料表面熔覆形成的涂層。所制得的涂層具有較好的致密性和良好的高溫抗氧化性會K。
【主權(quán)項】
1.一種碳/碳復(fù)合材料表面高溫抗氧化涂層，其特征在于涂層由20?50%硅粉、5?15%碳粉、2?10%氧化鋁粉、5?10%碳化硅晶須和10%?45%碳化硅粉組成，粉末置于行星式球磨機中充分混勻，粘結(jié)劑為酒精和玻璃水組成，混合料與粘結(jié)劑配比為1:1?1.5，配置的I?5mm厚度的漿料涂覆在復(fù)合材料基體表面，在惰性氣氛保護下通過高能束激光垂直方向熔覆燒結(jié)漿料，熔覆形成一層高溫抗氧化涂層。2.一種在碳/碳復(fù)合材料表面制備高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)稱取20?50%硅粉、5?15%碳粉、2?10%氧化鋁粉、5?10%碳化硅晶須和10%?45%碳化硅粉組成，粉末置于行星式球磨機中充分混勻，粘結(jié)劑為酒精和玻璃水組成，混合料與粘結(jié)劑配比為1:1?1.5，均勻攪拌形成漿料； (2)將樣品放入帶有進氣口和出氣口的封閉容器內(nèi)，激光器與樣品保持垂直，且保持間距，隨后通入惰性氣體； (3)開啟電源，激光束直徑2?5mm，激光器與樣品間距5?50mm，電流300?500A，脈沖頻率5?1Hz運行速度100?1000mm/s，往復(fù)運行的激光束重復(fù)率約5?10%，冷卻一段時間后即可取出碳/碳復(fù)合材料表面熔覆形成的涂層。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種碳/碳復(fù)合材料表面高溫抗氧化涂層，其特征在于：涂層由20～50％硅粉、5～15％碳粉、2～10％氧化鋁粉、5～10％碳化硅晶須和10％～45％碳化硅粉組成，粉末置于球磨機中充分混勻，粘結(jié)劑為酒精和玻璃水組成，混合料與粘結(jié)劑配比為1:1～1.5，配置的1～5mm厚度的漿料涂覆在復(fù)合材料基體表面，放入帶有進氣口和出氣口的封閉容器內(nèi)，激光器與樣品保持垂直，且保持間距，隨后通入惰性氣體，開啟電源，激光束直徑2～5mm，激光器與樣品間距5～50mm，電流300～500A，脈沖頻率5～10Hz運行速度100～1000mm/s，往復(fù)運行的激光束重復(fù)率約5～10％，冷卻一段時間后即可取出碳/碳復(fù)合材料表面熔覆形成的涂層。
【IPC分類】C04B41/50
【公開號】CN105036801
【申請?zhí)枴緾N201510422881
【發(fā)明人】王曉杰, 吳王平, 王輝
【申請人】常州大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月17日