本发明专利技术公开了一种碳/碳复合材料莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃抗氧化涂层及其制备方法，属于抗氧化涂层制备技术领域。本发明专利技术方法以简单的熔盐法制备莫来石晶须缓冲层，选择热浸渍法制备玻璃外涂层，此外由于莫来石晶须的引入，也能提高玻璃的稳定性及韧性，减少其在高温下的挥发，从而实现长时间的氧化防护效果。本发明专利技术方法在低温下，即可获得结构可控且性能良好的碳/碳复合材料莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃抗氧化外涂层，制备的莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃层与基体结合良好，可实现复合涂层结构的控制，并且制备周期短、工艺过程简单，且涂层的制备是在低温条件下完成，成本低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于抗氧化涂层制备
，涉及一种制备碳/碳复合材料复合外涂层的方法，具体涉及一种碳/碳复合材料莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃抗氧化涂层及其制备方法。
技术介绍
碳/碳(C/C)复合材料是以碳纤维为增强相的碳基复合材料，由于其只由单一的碳元素组成，不仅具有碳及石墨材料优异的耐烧蚀性能，低密度、热膨胀系数低等优点，而且还有优异的力学性能，如高强度、高模量、良好的断裂韧性和耐磨性能，这些性能在2000℃以上的高温下仍可保持，更重要的是在1500℃以上高温环境下其强度随温度的增加不降反升的性能，使其成为最有发展前途的高技术新材料之一，被广泛用作航空和航天
的烧蚀材料和热结构材料。但是，C/C复合材料有一个致命的弱点，碳在370℃的有氧气氛中便开始氧化，高于500℃时迅速氧化，氧化后C/C复合材料的力学性能显著降低，这会导致C/C复合材料毁灭性破坏，这一致命弱点限制了碳/碳复合材料的直接应用。因此，提高C/C复合材料的抗氧化性能就成了使其发挥优异性能的关键，对其进行高温抗氧化防护对其高温应用具有重要的意义。抗氧化涂层被认为是解决碳/碳复合材料高温氧化防护问题的有效方法。为防止C/C复合材料在高温下氧化，国内外研究人员进行了大量的理论和试验研究，开发出多种抗氧化涂层体系。目前，已研制的涂层体系有玻璃、金属、陶瓷及复合涂层。玻璃涂层可以填补材料服役时由于变形而产生的裂纹，但常规玻璃在高温下的流动性和挥发性限制了其在更高温度和气流冲刷条件下的使用。贵金属合金涂层如Ir-Al-Si等表现了较好的抗氧化性，但其成本高且氧化保护能力有限。陶瓷涂层是目前<br/>研究的热点，且普遍采用的是硅基陶瓷。其技术关键是利用高温下SiO2或反应生成的SiO2来填充涂层中的裂纹等缺陷，作为密封物质来阻挡氧的渗入。目前研究较多的是硅基陶瓷涂层。为了结合各种材料之优点，研究者还开发了以SiC为过渡层的复合涂层，如SiC/MoSi2[J.F.Huang,B.Wang,H.J.Li,M.Liu,L.Y.Cao,C.Y.Yao.A MoSi2/SiC oxidation protective coating for carbon/carbon composites,Corros.Sci.53(2011)834-839.]、SiC/Mullite[K.T.Wang,L.Y.Cao,J.F.Huang,J.Fei,A mullite/SiC oxidation 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.]。通过大量研究，发现上述陶瓷涂层有一个共同的缺点，那就是由于陶瓷材料固有的脆性，很容易在热震过程中产生裂纹，甚至脱落。由于硅基陶瓷自氧化产生的SiO2量少，且在高温及冲刷气流作用下挥发严重，难以愈合大的裂纹。因此常常需要在表面再制备一层玻璃层来封填裂纹。但玻璃层在高速离子流冲刷环境下也容易快速挥发，降低了封填效果。为了克服上述缺点，研究者尝试采用在涂层中引入第二相增强材料，以提高陶瓷涂层的韧性，从而在提高涂层抗热震性能的同时大幅提高其抗氧化性能。付前刚等采用SiC晶须增强陶瓷的复合涂层模式，制备了SiCf-MoSi2-SiC-Si/SiC复合涂层[Fu Q G,Li H J,Li K Z.et al.SiC whisker-toughened MoSi2-SiC-Si coating to protect carbon/carbon composites against oxidation,Carbon.44(2006)1845-1869.]，该涂层能在1500℃下有效保护C/C复合材料200h，因SiC晶须具有优异的力学性能，使得SiC内涂层得到增强后，能够克服穿透性裂纹的产生，从而提高了涂层高温抗氧化和抗冲刷的能力。近年来，研究者开发了一系列纳米线、纳米带增强涂层体系，褚衍辉等采用固渗法和化学气相沉积法所制备了SiCNR-SiC-Si[Y.H.Chu,H.J.Li,H.J.Luo,L.Li,L.H.Qi,Oxidation protection of carbon/carbon
composites by a novel SiC nanoribbon-reinforced SiC-Si ceramic coating,Corros.Sci.92(2015)272-279.]涂层，结果表明，碳化硅纳米带的引入大大提高了涂层的力学性能，以及在全温段的抗氧化性能。此外，研究者制备的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 oxidation,Appl.Surf.Sci.349(2015)465-471.]，SiCNW-SiC-Si[Y.H.Chu,H.J.Li,L.Li,L.H.Qi,Oxidation protection of C/C composites by ultra long SiC nanowire-reinforced SiC-Si coating,Corros.Sci.84(2014)204-208.]等均取得了很好的抗氧化和抗热震效果。到目前为止外涂层的制备方法多种多样，主要有以下几种：超临界态流体技术，化学气相沉积，包埋法，原位成型，溶胶-凝胶法，熔浆涂覆反应，爆炸喷涂和超声波喷涂法等。上述制备工艺存在生产周期比较长、工艺复杂，涂层与基体结合性能差的问题，且涂层的制备大多在高温条件下完成，制备过程对设备要求高，制备成本高。目前，采用熔盐法结合热浸渍法制备莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃抗氧化外涂层的方法还未见报道。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种碳/碳复合材料莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃抗氧化涂层及其制备方法，该方法操作简单，对设备要求低，反应周期短，成本低，采用此方法可以制备出厚度均匀，结构致密的碳/碳复合材料莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃抗氧化外涂层。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种碳/碳复合材料莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃抗氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：1)按Al2(SO4)3·18H2O：Na2SO4＝9:10的质量比，取Al2(SO4)3·18H2O和
Na2SO4，充分混匀后，制得混合复盐A本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳/碳复合材料莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按Al2(SO4)3·18H2O：Na2SO4＝9:10的质量比，取Al2(SO4)3·18H2O和Na2SO4，充分混匀后，制得混合复盐A；2)将SiC‑C/C复合材料试样进行超声清洗，烘干后，按SiC‑C/C复合材料试样：混合复盐A＝(1～3)：19的质量比，将SiC‑C/C复合材料试样包埋于混合复盐A中，于900～950℃下，热处理后，冷却；3)将经步骤2)处理后的试样用沸水清洗，直至洗净未反应的熔盐，然后将试样干燥，制得带有莫来石晶须层的试样；4)将玻璃粉与莫来石晶须混匀，得到混合粉料，将该混合粉料分散于硅溶胶与蒸馏水混合而成的混合溶液中，制得混合粉料浓度为100～200g/L的悬浮液B1，将悬浮液B1超声震荡后，再经磁力搅拌，制得悬浮液B2；5)将步骤3)制得的带有莫来石晶须层的试样预热后，立即取出浸泡于悬浮液B2中，热浸渍处理1～5min，然后取出试样进行超声清洗、干燥；6)重复步骤5)操作10～20次，制得所需涂层厚度的碳/碳复合材料莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃抗氧化涂层。
【技术特征摘要】
1.一种碳/碳复合材料莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按Al2(SO4)3·18H2O：Na2SO4＝9:10的质量比，取Al2(SO4)3·18H2O和Na2SO4，充分混匀后，制得混合复盐A；2)将SiC-C/C复合材料试样进行超声清洗，烘干后，按SiC-C/C复合材料试样：混合复盐A＝(1～3)：19的质量比，将SiC-C/C复合材料试样包埋于混合复盐A中，于900～950℃下，热处理后，冷却；3)将经步骤2)处理后的试样用沸水清洗，直至洗净未反应的熔盐，然后将试样干燥，制得带有莫来石晶须层的试样；4)将玻璃粉与莫来石晶须混匀，得到混合粉料，将该混合粉料分散于硅溶胶与蒸馏水混合而成的混合溶液中，制得混合粉料浓度为100～200g/L的悬浮液B1，将悬浮液B1超声震荡后，再经磁力搅拌，制得悬浮液B2；5)将步骤3)制得的带有莫来石晶须层的试样预热后，立即取出浸泡于悬浮液B2中，热浸渍处理1～5min，然后取出试样进行超声清洗、干燥；6)重复步骤5)操作10～20次，制得所需涂层厚度的碳/碳复合材料莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃抗氧化涂层。2.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的充分混匀，是将Al2(SO4)3·18H2O和Na2SO4置于研钵中，充分研磨30～60min。3.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤2)是将SiC-C/C复合材料试样置于乙醇中超声清洗，然后于50～80℃下烘干。4.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑锋，周磊，曹丽云，郝亚雯，雍翔，刘锦涛，李春光，王雨亮，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。