一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层及制备方法技术

一种Mo‑Si‑X‑C复相陶瓷涂层及制备方法，所述涂层由Mo、Si、X的粉末混合均匀后置于碳基体上，加热至1500‑1600℃反应得到；所述X选自金属Al和/或Ti；其制备方法采用热蒸镀和原位化学反应联合法制Mo‑Si‑X(X＝Al，Ti)多元体系涂层。通过合金化降低了MoSi2的熔点(2030℃)，在较低温度条件下即可制备Mo‑Si‑X‑C(X＝Al，Ti)复相陶瓷涂层。克服现有技术涂层与基体结合力差、制备繁琐等问题，通过炭基体提供碳源，原位反应形成基体结合力好的SiC内层，并大量填充基体内部孔隙和孔洞，形成具有啮合结构的复合涂层。本发明专利技术制备多元体系涂层具有时间短、制备过程简单、致密性好等特点。

A Mo-Si-X-C composite ceramic coating and preparation method

A Mo Si X C complex ceramic coating and preparation method. The coating is placed on a carbon matrix and heated to 1500 at 1600 C after mixing the powder of Mo, Si and X, and the X is selected from the metal Al and / or Ti. Coating. The melting point of MoSi2 (2030 C) is reduced by alloying, and Mo (Si) X X C (X = Al, Ti) composite ceramic coating can be prepared at lower temperature. To overcome the problems of poor bonding force and tedious preparation of the existing technical coating and substrate, the carbon source is provided by carbon matrix, in situ reaction is formed to form a SiC inner layer with good matrix binding force, and a large number of pores and holes are filled in the matrix to form a composite coating with meshing structure. The multi-component coating prepared by the invention has the advantages of short time, simple preparation process and good compactness.

【技术实现步骤摘要】
一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层及制备方法
本专利技术涉及一种复相陶瓷涂层及制备方法，具体是指一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层及制备方法；属于高温复相陶瓷制备

技术介绍
在临近空间环境下高超声速飞行器翼前缘及气动加热部件的使用材料需要承受高的工作温度、富氧的工作环境和强的气流冲刷。涂层技术能够赋予发动机部件耐高温、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、隔热等功能特性，以满足更高温度、更高磨损、更强腐蚀等恶劣工作条件下的使用要求。因此，涂层技术对提高零部件的可靠性和使用寿命发挥着重要的作用，是推进临近空间高超声速飞行器大力发展的核心技术之一。近年来，对于高温氧化涂层的研究来说SiC与MoSi2等的金属间化合物是主要研究方向之一。MoSi2涂层会在高温氧化条件下发生Si的选择性氧化，即在MoSi2涂层表面形成一层致密的SiO2氧化膜。这种氧化膜会阻止氧在C/C复合材料基体内部的进一步扩散。同时，裂纹中生成的SiO2可起到自愈合作用。目前制备Mo-Si体系抗氧化涂层方法较多，如西北工业大学李贺军和李克智等采用包埋法制备B2O3、LaB6改性SiC-MoSi2复合涂层，并在此基础上发展多段包埋，制备出如SiC-MoSi2-CrSi2/Si多层复相陶瓷涂层。西北科技大学的黄剑锋等利用脉冲电弧放电沉积法制备AlPO4-SiC-MoSi2复相涂层，意大利都灵理工大学采用料浆法制备SiC/MoSi2/Y2O3三层复相涂层。但这些技术均面临一些列问题，包埋法反应温度较高，受加热体体积、容器限制，难满足大尺寸、异形件等涂层制备需求，而料浆法等制备的涂层也面临烧结剂挥发导致涂层与基体结合力较差的问题。热蒸镀-原位反应联合法依据物理沉积技术结合化学反应，可在炭基大型、异形构件表面制备出致密、与基体结合力好的陶瓷涂层。但由于MoSi2熔点高达2030℃，同时，MoSi2在1900℃至2030℃为不稳定的C40六方晶体结构。当采用Si和Mo或MoSi2作为组元热蒸镀时，过高温度有可能导致涂层中颗粒过度长大，材料内部损伤等一系列问题。专利技术目的本专利技术针对现有技术在炭基表面制备Mo-Si体系抗烧蚀涂层工艺存在的不足，提供一种组分配比合理、制备工艺简单、制备温度低的Mo-Si复相陶瓷涂层。本专利技术的另一目的在于提供一种工艺简单、工艺流程短、制备的复相陶瓷涂层与基体结合紧密的Mo-Si复相陶瓷涂层的制备方法。本专利技术一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层，所述涂层由Mo、Si、X的粉末混合均匀后置于碳基体上，加热至1500-1600℃反应得到；所述X选自金属Al和/或Ti。本专利技术一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层，所述Mo、Si、X按以下质量比组成：Mo：Si：X＝(20-30)：(40-60)：(20-30)。本专利技术一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层，组份X中，金属Al、Ti按任意比例混配。本专利技术一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层，金属Mo的纯度≥99.9％，粒度≤300目；Si的纯度≥99.9％，粒度≤300目；金属Ti的纯度≥99.5％，粒度为≤500目；金属Al的纯度≥99.7％，粒度为≤300目。本专利技术一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层的制备方法，包括下述步骤：步骤一按设计的Mo、Si、Ti、Al组分配比配取Mo粉、Si粉、Ti粉、Al粉，混合均匀，得到混合粉末；步骤二将步骤一得到的混合粉末置于真空烧结炉中，碳基体置于混合粉末上方，加热至1500-1800℃，保温至少2小时，将混合粉末蒸镀至碳基体上，然后，以6-15℃/min的速度降温至800-1000℃，随炉冷却。本专利技术一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层的制备方法，步骤一中，混合粉末采用湿式球磨混合均匀，混合均匀的粉末烘干后过筛。本专利技术一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层的制备方法，湿式球磨采用行星式球磨机，球磨介质为酒精，湿式球磨时间5-8h,球料比5:1-8:1，球磨机转速200-350转/min。本专利技术一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层的制备方法，步骤一中，设计的Mo、Si、Ti、Al组分配比是：Mo：Si：X＝(20-30)：(40-60)：(20-30)。本专利技术一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层的制备方法，步骤一中，金属Mo的纯度≥99.9％，粒度≤300目；Si的纯度≥99.9％，粒度≤300目；金属Ti的纯度≥99.5％，粒度为≤500目；金属Al的纯度≥99.7％，粒度为≤300目。本专利技术一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层的制备方法，步骤二中，真空烧结炉中真空度≤10Pa，升温过程氩气气氛保护；升温速度5-10℃/min；保温时间2-3h。本专利技术一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层的制备方法，步骤二中，混合粉末置于石墨罐中，炭基体置于石墨罐上方2-4cm位置，碳基体及石墨罐均为高纯石墨构成，石墨纯度≥99.99％；密度为1.72g/cm3。碳基体用砂纸打磨光滑后酒精超声波清洗30min，后120℃烘干2h备用。本专利技术一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层的制备方法，制备得到的Mo-Si-X-C陶瓷涂层表面由高熔点、耐烧蚀的MoSi2和SiC组成，内层为与碳基体紧密结合的SiC组成的多层复相结构，涂层与基体冶金结合。本专利技术在热蒸镀Mo-Si体系涂层中添加合金化元素Al、Ti，利用Ti、Al原子置换MoSi2中部分原子位置，并形成较低熔点的(Mo,Ti)Si2或Mo(Si,Al)2；一方面，合金化可实现热蒸镀组元在较低温度段挥发扩散，另一方面烧蚀后形成的高熔点TiO2、Al2O3也有利于抵御火焰冲刷，提高涂层抗烧蚀性能。从而，克服了现有技术反应温度高，涂层与基体结合力较差的问题。专利技术的优点和积极效果本专利技术合金化Mo-Si-X(X＝Al，Ti)多元体系涂层的制备方法，结合热蒸镀和原位化学反应联合法制Mo-Si-X(X＝Al，Ti)多元体系涂层，主要应用于高温、耐烧蚀等要求的功能结构构件表面防护。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果体现在：(1)通过合金化降低了MoSi2的熔点(2030℃)，在较低温度条件下即可制备Mo-Si-X-C(X＝Al，Ti)复相陶瓷涂层。(2)克服现有技术涂层与基体结合力差、制备繁琐等问题，通过炭基体提供碳源，原位反应形成基体结合力好的SiC内层，并大量填充基体内部孔隙和孔洞，形成具有啮合结构的复合涂层。(3)本专利技术制备多元体系涂层具有时间短、制备过程简单、致密性好等特点。附图说明附图1是实施例1表面涂层XRD衍射图谱。附图2是实施例一涂层形貌的扫描电镜照片(x100)。附图3是附图2的大倍率电子扫描电镜照片(x5000)。附图4是实施例1中ZrC-SiC涂层的基体截面内部照片(x1000)。附图5是实施例一烧蚀60s后表面形貌二次电子扫描电镜照片。附图6是实施例2的涂层X射线衍射图谱。附图7为实施例二涂层表面形貌的扫描电镜照片。附图8a为图7中部分区域放大1000倍照片。附图8b为附图8a中点1的能谱分析图。附图8c为附图8a中点2的能谱分析图。附图8d为附图8a中点3的能谱分析图。附图9为实施例二涂层截面的扫描电镜照片。附图10为实施例二涂层烧蚀60s后表面扫描电镜照片。从附图1可以看出：涂层由单质Si、SiC与(Ti0.8Mo0.2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Mo‑Si‑X‑C复相陶瓷涂层，所述涂层由Mo、Si、X的粉末混合均匀后置于碳基体上，加热至1500‑1600℃反应得到；所述X选自金属Al和/或Ti。

【技术特征摘要】
1.一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层，所述涂层由Mo、Si、X的粉末混合均匀后置于碳基体上，加热至1500-1600℃反应得到；所述X选自金属Al和/或Ti。2.根据权利要求1所述的一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层，其特征在于：所述Mo、Si、X按以下质量比组成：Mo：Si：X＝(20-30)：(40-60)：(20-30)。3.根据权利要求2所述的一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层，其特征在于：组份X中，金属Al、Ti按任意比例混配。4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层，其特征在于：金属Mo的纯度≥99.9％，粒度≤300目；Si的纯度≥99.9％，粒度≤300目；金属Ti的纯度≥99.5％，粒度为≤500目；金属Al的纯度≥99.7％，粒度为≤300目。5.一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层的制备方法，包括下述步骤：步骤一按设计的Mo、Si、Ti、Al组分配比配取Mo粉、Si粉、Ti粉、Al粉，混合均匀，得到混合粉末；步骤二将步骤一得到的混合粉末置于真空烧结炉中，碳基体置于混合粉末上方，加热至1500-1800℃，保温至少2小时，将混合粉末蒸镀至碳基体上，然后，以6-15℃/min的速度降温至800-1000℃，随炉冷却。6.根据权利要求5所述的一种Mo-Si-X-C复相陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：步骤一中，混合粉末采...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙威，徐永龙，陈耘田，熊翔，田甜，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43