一種碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層及其制備方法，屬于抗氧化涂層制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法以簡單的熔鹽法制備莫來石晶須緩沖層，選擇熱浸漬法制備玻璃外涂層，此外由于莫來石晶須的引入，也能提高玻璃的穩(wěn)定性及韌性，減少其在高溫下的揮發(fā)，從而實現(xiàn)長時間的氧化防護效果。本發(fā)明方法在低溫下，即可獲得結(jié)構(gòu)可控且性能良好的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化外涂層，制備的莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃層與基體結(jié)合良好，可實現(xiàn)復合涂層結(jié)構(gòu)的控制，并且制備周期短、工藝過程簡單，且涂層的制備是在低溫條件下完成，成本低。
【專利說明】
一種碳/碳復合材料莫來石晶須増韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于抗氧化涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備碳/碳復合材料復合外涂層的方法，具體涉及一種碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]碳/碳(C/C)復合材料是以碳纖維為增強相的碳基復合材料，由于其只由單一的碳元素組成，不僅具有碳及石墨材料優(yōu)異的耐燒蝕性能，低密度、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)點，而且還有優(yōu)異的力學性能，如高強度、高模量、良好的斷裂韌性和耐磨性能，這些性能在2000°C 以上的高溫下仍可保持，更重要的是在1500°C以上高溫環(huán)境下其強度隨溫度的增加不降反升的性能，使其成為最有發(fā)展前途的高技術(shù)新材料之一，被廣泛用作航空和航天技術(shù)領(lǐng)域的燒蝕材料和熱結(jié)構(gòu)材料。但是，C/C復合材料有一個致命的弱點，碳在370 °C的有氧氣氛中便開始氧化，高于500°C時迅速氧化，氧化后C/C復合材料的力學性能顯著降低，這會導致C/ C復合材料毀滅性破壞，這一致命弱點限制了碳/碳復合材料的直接應(yīng)用。因此，提高C/C復合材料的抗氧化性能就成了使其發(fā)揮優(yōu)異性能的關(guān)鍵，對其進行高溫抗氧化防護對其高溫應(yīng)用具有重要的意義。
[0003]抗氧化涂層被認為是解決碳/碳復合材料高溫氧化防護問題的有效方法。為防止 C/C復合材料在高溫下氧化，國內(nèi)外研究人員進行了大量的理論和試驗研究，開發(fā)出多種抗氧化涂層體系。
[0004]目前，已研制的涂層體系有玻璃、金屬、陶瓷及復合涂層。玻璃涂層可以填補材料服役時由于變形而產(chǎn)生的裂紋，但常規(guī)玻璃在高溫下的流動性和揮發(fā)性限制了其在更高溫度和氣流沖刷條件下的使用。貴金屬合金涂層如Ir-Al-Si等表現(xiàn)了較好的抗氧化性，但其成本高且氧化保護能力有限。陶瓷涂層是目前研究的熱點，且普遍采用的是硅基陶瓷。其技術(shù)關(guān)鍵是利用高溫下Si02或反應(yīng)生成的Si02來填充涂層中的裂紋等缺陷，作為密封物質(zhì)來阻擋氧的滲入。目前研究較多的是硅基陶瓷涂層。為了結(jié)合各種材料之優(yōu)點，研究者還開發(fā)了以 SiC 為過渡層的復合涂層，如 SiC/MoSi2[J.F.Huang，B.Wang，H.J.Li，M.Liu，L.Y.Cao， C.Y.Ya0.A MoSi2/SiC oxidat1n protective coating f or carbon/carbon composi tes，Corros.Sc1.53(2011)834-839.]、SiC/Mullite[K.T.Wang，L.Y.Cao，J.F.Huang,J.Fei,A mullite/SiC oxidat1n protective coating for carbon/carbon composites ,J.Eur.Ceram.Soc.33(2013)191-198.SiC/Yttrium silicate[M.Huang,K.Z.Li,H.J.Li,J.F.Huang,, Yttrium silicate coatings for SiC coated C/C composites prepared by atmospheric plasma spraying, Carbon.48(2010)3974-3977.]。通過大量研究，發(fā)現(xiàn)上述陶瓷涂層有一個共同的缺點，那就是由于陶瓷材料固有的脆性，很容易在熱震過程中產(chǎn)生裂紋，甚至脫落。由于硅基陶瓷自氧化產(chǎn)生的Si02量少，且在高溫及沖刷氣流作用下?lián)]發(fā)嚴重，難以愈合大的裂紋。因此常常需要在表面再制備一層玻璃層來封填裂紋。但玻璃層在高速離子流沖刷環(huán)境下也容易快速揮發(fā)，降低了封填效果。 為了克服上述缺點，研究者嘗試采用在涂層中引入第二相增強材料，以提高陶瓷涂層的韌性，從而在提高涂層抗熱震性能的同時大幅提高其抗氧化性能。付前剛等采用SiC晶須增強陶瓷的復合涂層模式，制備了SiCf-MoSi2-SiC-Si/SiC復合涂層[Fu Q G，Li H J，Li K Z.et al.SiC whisker-toughened MoSi2_SiC-Si coating to protect carbon/carbon composites against oxidat1n，Carbon.44(2006)1845-1869.]，該涂層能在 1500°C下有效保護C/C復合材料200h，因SiC晶須具有優(yōu)異的力學性能，使得SiC內(nèi)涂層得到增強后，能夠克服穿透性裂紋的產(chǎn)生，從而提高了涂層高溫抗氧化和抗沖刷的能力。近年來，研究者開發(fā)了一系列納米線、納米帶增強涂層體系，褚衍輝等采用固滲法和化學氣相沉積法所制備 TSiCNR-SiC-Si[Y.H.Chu,H.J.Li,H.J.Luo ,L.Li,L.H.Qi,Oxidat1n protect1n of carbon/carbon composites by a novel SiC nanoribbon-reinforced SiC-Si ceramic coating，Corros.Sc1.92(2015)272-279.]涂層，結(jié)果表明，碳化硅納米帶的引入大大提高了涂層的力學性能，以及在全溫段的抗氧化性能。此外，研究者制備的SiCNW-SiC-ZrB2-ZrC [L.Li,H.J.Li,Y.Y Li,X.M.Yin,Q.L.Shen,Q.G.Fu,A SiC-ZrB2~ZrC coating toughened by electrophoretically-deposited SiC nanowires to protect C/C composites against thermal shock and oxidat1n,Appl.Surf.Sc1.349(2015)465-471.],SiCNw~ SiC-Si[Y.H.Chu,H.J.Li,L.Li,L.H.Qi,Oxidat1n protect1n of C/C composites by ultra long SiC nanowire-reinforced SiC-Si coating,Corros.Sc1.84(2014)204-208.]等均取得了很好的抗氧化和抗熱震效果。
[0005]到目前為止外涂層的制備方法多種多樣，主要有以下幾種:超臨界態(tài)流體技術(shù)，化學氣相沉積，包埋法，原位成型，溶膠_凝膠法，熔漿涂覆反應(yīng)，爆炸噴涂和超聲波噴涂法等。 上述制備工藝存在生產(chǎn)周期比較長、工藝復雜，涂層與基體結(jié)合性能差的問題，且涂層的制備大多在高溫條件下完成，制備過程對設(shè)備要求高，制備成本高。
[0006]目前，采用熔鹽法結(jié)合熱浸漬法制備莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化外涂層的方法還未見報道。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層及其制備方法，該方法操作簡單，對設(shè)備要求低，反應(yīng)周期短，成本低，采用此方法可以制備出厚度均勻，結(jié)構(gòu)致密的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化外涂層。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0009]—種碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0010]1)按Al2(S〇4)3 ? 18H2〇:Na2S〇4 = 9:10的質(zhì)量比，取Al2(S〇4)3 ? 18H20和Na2S〇4,充分混勻后，制得混合復鹽A;
[0011]2)將SiC-C/C復合材料試樣(帶有SiC涂層的C/C復合材料試樣)進行超聲清洗，烘干后，按SiC-C/C復合材料試樣:混合復鹽A= (1?3): 19的質(zhì)量比，將SiC-C/C復合材料試樣包埋于混合復鹽A中，于900?950 °C下，熱處理后，冷卻；
[0012]3)將經(jīng)步驟2)處理后的試樣用沸水清洗，直至洗凈未反應(yīng)的熔鹽，然后將試樣干燥，制得帶有莫來石晶須層的試樣(mullite/SiC-C/C);
[0013]4)將玻璃粉與莫來石晶須混勻，得到混合粉料，將該混合粉料分散于硅溶膠與蒸餾水混合而成的混合溶液中，制得混合粉料濃度為100?200g/L的懸浮液B1，將懸浮液B1超聲震蕩后，再經(jīng)磁力攪拌，制得懸浮液B2;
[0014]5)將步驟3)制得的帶有莫來石晶須層的試樣預熱后，立即取出浸泡于懸浮液B2 中，熱浸漬處理1?5min，然后取出試樣進行超聲清洗、干燥；
[0015]6)重復步驟5)操作10?20次，制得所需涂層厚度的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層。
[0016]步驟1)所述的充分混勻，是將Al2(S〇4)3 ? 18H20和Na2S〇4置于研缽中，充分研磨30 ?60min〇[〇〇17]步驟2)是將SiC-C/C復合材料試樣置于乙醇中超聲清洗，然后于50?80°C下烘干。 [〇〇18]步驟2)是將混合復鹽A置于剛玉坩堝中，將SiC-C/C復合材料試樣包埋于混合復鹽 A中，然后將剛玉坩堝置于馬弗爐中，熱處理30?60min。[〇〇19]步驟3)是將洗凈的試樣在60?90 °C的電熱鼓風干燥箱中干燥1?3h。
[0020]硅溶膠與蒸餾水混合而成的混合溶液中，硅溶膠與蒸餾水的體積比為1:3;混合粉料中，莫來石晶須的質(zhì)量分數(shù)為5?20%，玻璃粉的質(zhì)量分數(shù)為80?95%。[0〇21 ] 步驟4)中將懸浮液B1超聲震蕩5?lOmin，然后在磁力攪拌器上攪拌1?2h，得懸浮液B2。[〇〇22]步驟5)所述的預熱是將帶有莫來石晶須層的試樣置于馬弗爐中，于200?300°C下進行預熱，預熱時間為5?20min。[〇〇23] 步驟5)是將熱浸漬處理后的試樣于乙醇中超聲清洗，并在50?80°C下，干燥30? 60min〇
[0024]本發(fā)明還公開了采用上述方法制得的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層，該抗氧化涂層厚度均勻，結(jié)構(gòu)致密，表面無裂紋，涂層與基體結(jié)合強度大。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0026]本發(fā)明公開的制備碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層的方法，首先，以簡單的熔鹽法制備莫來石晶須緩沖層，一方面可以提高內(nèi)外涂層之間的潤濕性，另一方面提高內(nèi)外與層的結(jié)合強度;其次，選擇熱浸漬法制備玻璃外涂層，在高溫下，熔融的玻璃會彌補涂層中存在的缺陷，此外由于莫來石晶須的引入，也能提高玻璃的穩(wěn)定性及韌性，減少其在高溫下的揮發(fā)，從而實現(xiàn)長時間的氧化防護效果。本發(fā)明方法在低溫下， 即可獲得結(jié)構(gòu)可控且性能良好的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化外涂層，制備的莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃層與基體結(jié)合良好，可實現(xiàn)復合涂層結(jié)構(gòu)的控制，并且制備周期短、工藝過程簡單，且涂層的制備是在低溫條件下完成，成本低，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0027]經(jīng)本發(fā)明方法制得的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層，厚度均勻，結(jié)構(gòu)致密，無明顯的孔洞和裂紋，內(nèi)外涂層結(jié)合緊密，沒有明顯的界限。【附圖說明】
[0028]圖1為采用熔鹽法制備的莫來石晶須層的XRD圖譜；[〇〇29]圖2為實施例1條件下所制備的莫來石晶須層的SEM照片；其中，(a)為莫來SEM照石晶須層的表面片；(b)為(a)的局部放大照片；(c)為莫來石晶須層的斷面SEM照片；(d)為(c) 的局部放大照片；
[0030]圖3為實施例1條件下所制備的莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃涂層的SEM照片;其中， (a)為表面SEM照片；(b)為斷面SEM照片。【具體實施方式】[〇〇31]下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0032]實施例1
[0033]—種碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層的制備方法，包括以下步驟:[〇〇34](1)按質(zhì)量比為9:10的比例分別稱取分析純的412(5〇4)3.181120和他23〇4于研缽中，充分研磨30min至混合均勻，得二者的混合復鹽A。
[0035](2)將帶有SiC涂層的C/C復合材料試樣(SiC-C/C)置于乙醇中進行超聲清洗，然后取出試樣于60°C下烘干，稱量SiC-C/C試樣質(zhì)量，以質(zhì)量比為1:19的比例稱取上述復鹽A于剛玉坩堝中，并將SiC-C/C試樣包埋于復鹽中。[〇〇36](3)將包埋了 SiC-C/C試樣的坩堝置于馬弗爐中于900°C反應(yīng)60min。
[0037](4)待反應(yīng)完畢隨爐冷卻到室溫后，取出；在100 °C的沸水中進行水洗，直至洗凈未反應(yīng)的熔鹽，然后將試樣在60°C的電熱鼓風干燥箱中干燥3h得到帶有莫來石晶須層的試樣 (mullite/SiC-C/C)〇[〇〇38](5)將自制玻璃粉與莫來石晶須組成的混合粉料分散于20mL蒸餾水與硅溶膠以3:1的比例組合而成的混合溶液中配制成混合粉料濃度為l〇〇g/L的懸浮液B1，混合粉料中莫來石晶須的質(zhì)量分數(shù)為5%，玻璃粉的質(zhì)量分數(shù)為95%，將懸浮液B1超聲震蕩5min，然后在磁力攪拌器上攪拌1 h，得懸浮液B 2。[〇〇39](6)將(4)所得的mullite/SiC-C/C試樣在馬弗爐中于200°C進行預熱，預熱時間20min。將預熱后的試樣從馬弗爐中取出即刻浸泡于懸浮液中5min進行熱浸漬。
[0040](7)取出熱浸漬后的試樣于乙醇中超聲清洗，并在50 °C下干燥60min。
[0041](8)重復步驟(6)和(7)20次，調(diào)節(jié)涂層厚度，即得莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化外涂層。[〇〇42]參見圖1，圖1是采用熔鹽法制備的莫來石晶須層的XRD圖譜，從圖中可看出采用熔鹽法能在SiC-C/C表面成功制備莫來石晶須層。莫來石的衍射峰強度明顯低于SiC，這說明熔鹽法在制備莫來石晶須層時對SiC-C/C的腐蝕并不大，可以起到較好的改性作用。
[0043]參見圖2，圖2是所制備的莫來石晶須層的SEM照片，從圖2 (a)中可看出，所制備的莫來石晶須層表面粗糙，多孔。從圖2(b)的放大照片可看出，所制備的莫來石晶須層由均勻的集束狀晶須組成，均勻的分布著微孔。從圖2(c)的斷面SEM照片可看出，通過熔鹽法在 SiC-C/C試樣表面均勻的制備出厚度為10?20m的莫來石晶須層。圖2(d)的放大照片進一步表明所制備的莫來石晶須為集束狀。
[0044]參見圖3,圖3是采用熔鹽法結(jié)合熱浸漬法所制備的莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃涂層的SEM照片。從圖3(a)中可看出，所制備的莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃涂層表面致密均勻，無明顯的孔洞和裂紋。從圖3(b)中可看出，所制備涂層非常致密均勻，由于制備了莫來石晶須緩沖層，內(nèi)外涂層結(jié)合緊密，沒有明顯的界限。
[0045]實施例2
[0046]—種碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層的制備方法，包括以下步驟:[〇〇47](1)按質(zhì)量比為9:10的比例分別稱取分析純的412(5〇4)3.181120和他23〇4于研缽中，充分研磨60min至混合均勻，得二者的混合復鹽A。[〇〇48](2)將帶有SiC涂層的C/C復合材料試樣(SiC-C/C)置于乙醇中進行超聲清洗，然后取出試樣于80°C下烘干，稱量SiC-C/C試樣質(zhì)量，以質(zhì)量比為2:19的比例稱取上述復鹽A于剛玉坩堝中，并將SiC-C/C試樣包埋于復鹽中。[〇〇49](3)將包埋了 SiC-C/C試樣的坩堝置于馬弗爐中于925°C反應(yīng)40min。
[0050](4)待反應(yīng)完畢隨爐冷卻到室溫后，取出；在100 °C的沸水中進行水洗，直至洗凈未反應(yīng)的熔鹽，然后將試樣在80°C的電熱鼓風干燥箱中干燥2h得到帶有莫來石晶須層的試樣 (mullite/SiC-C/C)〇[0051 ](5)將自制玻璃粉與莫來石晶須組成的混合粉料分散于30mL蒸餾水與硅溶膠以3:1的比例組合而成的混合溶液中配制成混合粉料濃度為150g/L的懸浮液B1，混合粉料中莫來石晶須的質(zhì)量分數(shù)為10%，玻璃粉的質(zhì)量分數(shù)為90%，將懸浮液B1超聲震蕩8min，然后在磁力攪拌器上攪拌1 ? 5h，得懸浮液B2。[〇〇52](6)將(4)所得的mullite/SiC-C/C試樣在馬弗爐中于250°C進行預熱，預熱時間15min。將預熱后的試樣從馬弗爐中取出即刻浸泡于懸浮液中4min進行熱浸漬。[〇〇53](7)取出熱浸漬后的試樣于乙醇中超聲清洗，并在70°C下干燥40min。[〇〇54](8)重復步驟(6)和(7)15次，調(diào)節(jié)涂層厚度，即得莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化外涂層。
[0055]實施例3
[0056]—種碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層的制備方法，包括以下步驟:[〇〇57](1)按質(zhì)量比為9:10的比例分別稱取分析純的412(5〇4)3.181120和他23〇4于研缽中，充分研磨50min至混合均勻，得二者的混合復鹽A。[〇〇58](2)將帶有SiC涂層的C/C復合材料試樣(SiC-C/C)置于乙醇中進行超聲清洗，然后取出試樣于70°C下烘干，稱量SiC-C/C試樣質(zhì)量，以質(zhì)量比為3:19的比例稱取上述復鹽A于剛玉坩堝中，并將SiC-C/C試樣包埋于復鹽中。[〇〇59](3)將包埋了 SiC-C/C試樣的坩堝置于馬弗爐中于950°C反應(yīng)30min。[〇〇6〇](4)待反應(yīng)完畢隨爐冷卻到室溫后，取出；在100°C的沸水中進行水洗，直至洗凈未反應(yīng)的熔鹽，然后將試樣在90°C的電熱鼓風干燥箱中干燥lh得到帶有莫來石晶須層的試樣 (mullite/SiC-C/C)〇[0061 ](5)將自制玻璃粉與莫來石晶須組成的混合粉料分散于40mL蒸餾水與硅溶膠以3:1的比例組合而成的混合溶液中配制成混合粉料濃度為200g/L的懸浮液B1，混合粉料中莫來石晶須的質(zhì)量分數(shù)為20%，玻璃粉的質(zhì)量分數(shù)為80%，將懸浮液B1超聲震蕩lOmin，然后在磁力攪拌器上攪拌2h，得懸浮液B2。[〇〇62](6)將(4)所得的mullite/SiC-C/C試樣在馬弗爐中于300°C進行預熱，預熱時間lOmin。將預熱后的試樣從馬弗爐中取出即刻浸泡于懸浮液中2min進行熱浸漬。[〇〇63](7)取出熱浸漬后的試樣于乙醇中超聲清洗，并在80°C下干燥30min。
[0064](8)重復步驟(6)和(7)10次，調(diào)節(jié)涂層厚度，即得莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化外涂層。
[0065]綜上所述，本發(fā)明采用熔鹽法結(jié)合熱浸漬法制備莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化外涂層，熔鹽法制備無機材料具有以下三點優(yōu)勢:[〇〇66](1)可以明顯地降低合成溫度和縮短反應(yīng)時間。這可以歸結(jié)為由于鹽的熔體的形成，使反應(yīng)成分在液相中的流動性增強，擴散速率顯著提高。同時由于熔鹽貫穿在生成的顆粒之間，阻止顆粒之間的相互連結(jié)，因此，熔鹽法制得的材料無團聚，或僅有弱團聚；[〇〇67](2)可以更容易地控制材料的形狀和尺寸；
[0068](3)熔鹽法的反應(yīng)過程以及隨后的清洗過程中，也有利于雜質(zhì)的消除，形成高純的反應(yīng)產(chǎn)物。此外，在熱浸漬過程中，以硅溶膠為粘結(jié)劑，由于硅溶膠是納米級二氧化硅膠體微粒在水中均勻擴散形成的膠體溶液，具有大比表面、高吸附性、高分散度的特性，可吸附粉體并使其均勻分散，形成穩(wěn)定的懸浮液體系；當經(jīng)過200°C?300°C預熱的試樣即刻浸泡于懸浮液內(nèi)時，懸浮液體系內(nèi)吸附粉體的Si02膠?？稍诟邷卦嚇颖砻嫘纬晒虘B(tài)凝膠，均勻牢固的附著在固體表面并形成堅固的涂層，使粉體均勻分布于試樣表面，進而在試樣表面形成穩(wěn)定的涂層；同時，硅溶膠形成凝膠后，不能再用加熱或加溶劑的方法使之重新成為溶膠或聚沉，浸泡懸浮液后的試樣于乙醇中超聲清洗，對表面未形成凝膠的粉體清洗，有利于重復浸泡步驟時涂層之間的粘結(jié)及粉體的均勻分布，從而形成致密均勻的涂層。
[0069]因此，本發(fā)明以簡單的熔鹽法制備莫來石晶須緩沖層，一方面可以提高內(nèi)外涂層之間的潤濕性，另一方面提高內(nèi)外與層的結(jié)合強度;熱浸漬法制備玻璃外涂層，在高溫下， 熔融的玻璃會彌補涂層中存在的缺陷，此外由于莫來石晶須的引入，也能提高玻璃的穩(wěn)定性及韌性，減少其在高溫下的揮發(fā)，從而實現(xiàn)長時間的氧化防護效果。本發(fā)明方法制備莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃層與基體結(jié)合良好，可實現(xiàn)復合涂層結(jié)構(gòu)的控制，并且制備周期短、 工藝過程簡單，且涂層的制備是在低溫條件下完成，成本低。
【主權(quán)項】
1.一種碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層的制備方法，其特征在 于，包括以下步驟:1)按Al2(S〇4)3 ? 18H20:Na2S〇4 = 9:10的質(zhì)量比，取Al2(S〇4)3 ? 18H20和Na2S〇4,充分混勻 后，制得混合復鹽A;2)將SiC-C/C復合材料試樣進行超聲清洗，烘干后，按SiC-C/C復合材料試樣:混合復鹽 A=(l?3):19的質(zhì)量比，將31(:-0/(:復合材料試樣包埋于混合復鹽4中，于900?950°(:下，熱 處理后，冷卻；3)將經(jīng)步驟2)處理后的試樣用沸水清洗，直至洗凈未反應(yīng)的熔鹽，然后將試樣干燥，制 得帶有莫來石晶須層的試樣；4)將玻璃粉與莫來石晶須混勻，得到混合粉料，將該混合粉料分散于硅溶膠與蒸餾水 混合而成的混合溶液中，制得混合粉料濃度為100?200g/L的懸浮液B1，將懸浮液B1超聲震 蕩后，再經(jīng)磁力攪拌，制得懸浮液B2;5)將步驟3)制得的帶有莫來石晶須層的試樣預熱后，立即取出浸泡于懸浮液B2中，熱 浸漬處理1?5min，然后取出試樣進行超聲清洗、干燥；6)重復步驟5)操作10?20次，制得所需涂層厚度的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅 酸鹽玻璃抗氧化涂層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層的制 備方法，其特征在于，步驟1)所述的充分混勻，是將Al2(S〇4)3 ? 18H20和Na2S〇4置于研缽中， 充分研磨30?60min。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層的制 備方法，其特征在于，步驟2)是將SiC-C/C復合材料試樣置于乙醇中超聲清洗，然后于50? 80°C下烘干。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層的制 備方法，其特征在于，步驟2)是將混合復鹽A置于剛玉坩堝中，將SiC-C/C復合材料試樣包埋 于混合復鹽A中，然后將剛玉坩堝置于馬弗爐中，熱處理30?60min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層的制 備方法，其特征在于，步驟3)是將洗凈的試樣在60?90 °C的電熱鼓風干燥箱中干燥1?3h。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層的制 備方法，其特征在于，步驟4)中，硅溶膠與蒸餾水混合而成的混合溶液中，硅溶膠與蒸餾水 的體積比為1:3;混合粉料中，莫來石晶須的質(zhì)量分數(shù)為5?20%，玻璃粉的質(zhì)量分數(shù)為80? 95%〇7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層的制 備方法，其特征在于，步驟4)中將懸浮液B1超聲震蕩5?lOmin，然后在磁力攪拌器上攪拌1 ?2h，得懸浮液B2。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層的制 備方法，其特征在于，步驟5)所述的預熱是將帶有莫來石晶須層的試樣置于馬弗爐中，于 200?300°C下進行預熱，預熱時間為5?20min。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌硅酸鹽玻璃抗氧化涂層的制 備方法，其特征在于，步驟5)是將熱浸漬處理后的試樣于乙醇中超聲清洗，并在50?80°C下，干燥30?60min。10.采用權(quán)利要求1?9中任意一項所述的方法制得的碳/碳復合材料莫來石晶須增韌 硅酸鹽玻璃抗氧化涂層，其特征在于，該抗氧化涂層厚度均勻，結(jié)構(gòu)致密，表面無裂紋，涂層 與基體結(jié)合強度大。
【文檔編號】C04B41/85GK105967756SQ201610300140
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】黃劍鋒, 周磊, 曹麗云, 郝亞雯, 雍翔, 劉錦濤, 李春光, 王雨亮
【申請人】陜西科技大學