一种碳化硅涂层的制备方法技术

一种碳化硅涂层的制备方法，包括以下步骤：（1）初坯材质的选择与制作：机械加工至尺寸精度，得到初坯样品；（2）初坯样品的预处理：打磨抛光、超声波清洗后烘干待用；（3）初坯样品进行打底预处理：表面均匀地涂刷打底料，再置于烘箱中进行烘干处理；（4）涂刷涂层浆料：涂刷碳化硅涂层浆料，烘干处理；（5）烧结处理：对烘干处理后的初坯样品进行气氛烧结处理；烧结处理完后初坯样品表面生成了一层致密的碳化硅涂层。本发明专利技术的方法制备的碳化硅涂层与基体材料结合牢固，涂层无开裂现象，抗氧化及耐腐蚀性能得到很大程度的提升，使用寿命得到了明显的提升。

A preparation method of SiC coating

The preparation method of the silicon carbide coating comprises the following steps: (1) selection and production of the initial blank material: machining to the dimensional accuracy to obtain the initial blank sample; (2) pretreatment of the initial blank sample: polishing, drying after ultrasonic cleaning for use; (3) initial blank sample priming pretreatment: the surface is evenly brushed with the priming material, and then placed in the oven for drying; (4) brush coating slurry: Brush silicon carbide coating slurry and dry it; (5) sintering treatment: air sintering treatment is carried out for the initial blank sample after drying treatment; after sintering treatment, a dense silicon carbide coating is formed on the surface of the initial blank sample. The silicon carbide coating prepared by the method of the invention is firmly combined with the base material, the coating has no cracking phenomenon, the oxidation resistance and corrosion resistance are greatly improved, and the service life is significantly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅涂层的制备方法
本专利技术涉及一种涂层的制备方法，特别涉及一种碳化硅涂层的制备方法。
技术介绍
随着宇航、电子、军工等尖端科学技术的飞速发展，工程设备及构件的工作状况日益苛刻，要求材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损冲刷以及抗热震等优异性能。金属材料具有强度大、易加工、导电及导热性能好等优势，但耐腐蚀性较差，使其应用范围大大缩小。碳/碳复合材料及石墨材料具有密度小、耐高温、耐腐蚀、抗热震性能好，并且强度随温度升高而增强等特点，被大量应用于高温场合；但是，由于碳/碳复合材料和石墨材料在空气中400℃左右就开始发生氧化，这就限制了其应用范围。陶瓷材料具有硬度高、抗腐蚀、耐磨损，但由于脆性和抗热震性能差，使其应用范围也受到一定的限制。基体材料表面涂刷一层高性能陶瓷涂层，能很好地将基体材料的易加工性、强韧性、导电导热性等特点和陶瓷材料的耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优异性能结合起来，从而充分发挥两种材料的综合优势。碳化硅是一种共价键化合物，原子间结合的键能很强，其作为一种优良的高温结构陶瓷，被认为是具有广泛应用前景的高温耐磨结构材料，是碳化物中抗氧化性能最好的；碳化硅的理论密度为3.18g/cm3，其莫氏硬度仅次于金刚石，在9.2~9.8之间，显微硬度为3300kg/mm2，由于它具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较高的高温强度等特点，被用于各种耐磨、耐蚀和耐高温的机械零部件，是一种新型的工程陶瓷材料；由于碳化硅的热膨胀系数不大，与碳材料之间具有良好的物理化学相容性以及相近的线膨胀系数，被作为高温耐磨抗蚀的最佳涂层材料之一，并且碳化硅涂层的抗冲刷和耐侵蚀性能要远优于其它碳基涂层和包覆层。现有技术中，碳化硅生成的烧结温度达1800℃以上，导致其生产成本居高不下。如何将基体材料的良好性能与碳化硅的优异性能整合起来，同时又能够大幅降低生产成本，成为了当今新型材料开发的一个挑战。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种碳化硅涂层的制备方法，用该方法制得的碳化硅涂层，与基体材料结合牢固，并且涂层无开裂现象，抗氧化及耐腐蚀性能优良，成本也较低。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碳化硅涂层的制备方法，包括以下步骤：（1）初坯材质的选择与制作：根据产品具体的使用工况，选择合适的基体材料样件；按照设计的产品结构及尺寸，对所述基体材料样件进行机械加工至设计尺寸精度，从而得到待涂层的初坯样品；（2）初坯样品的初次预处理：将步骤（1）制作好的所述初坯样品表面进行打磨抛光、超声波清洗后烘干待用；（3）初坯样品进行打底预处理：将经步骤（2）初次预处理后的初坯样品表面均匀地涂刷打底料，再置于烘箱中进行烘干处理；（4）涂刷涂层浆料：将经步骤（3）处理后的所述初坯样品表面均匀地涂刷碳化硅涂层浆料，烘干处理；（5）烧结处理：将经步骤（4）处理后的所述初坯样品置于气氛烧结炉中，进行烧结处理；烧结处理完毕，即在所述初坯样品表面生成致密的碳化硅涂层。进一步，步骤（1）中，所述基体材料为金属材料、石墨材料、碳/碳复合材料、低密度硬质碳纤维毡中的一种。进一步，步骤（2）中，根据所述基体材料的不同而选用不同的砂纸打磨抛光：所述金属材料基体用1000#~1200#砂纸打磨抛光；所述石墨材料和所述碳/碳复合材料用600#~800#砂纸打磨抛光；所述低密度硬质碳纤维毡用200#~400#砂纸打磨抛光；所述超声波清洗用无水乙醇，所述超声波清洗时间为1~1.5h；所述烘干温度为60℃~80℃，所述烘干时间为1~4h。进一步，步骤（3）中，所述打底料按如下方法进行配制：将固态聚碳硅烷溶于二甲苯中，所述聚碳硅烷和所述二甲苯的质量比为1:（2~3），充分搅拌均匀；所述聚碳硅烷的分子量为1000~1300。进一步，步骤（3）中，所述烘干温度为200℃~240℃，保温时间为2~4h。进一步，步骤（4）中，当所述基体材料为金属材料和石墨材料时，所述碳化硅涂层浆料中各原料的质量百分比为：硅溶胶：60%~80%，2000目碳化硅粉：6%~18%，150nm碳化硅粉：1%~12%，2000目炭黑粉：10%~12%，氧化钇粉：1%~2%，甲基纤维素：1%~2%；当所述基体材料为碳/碳复合材料时，所述碳化硅涂层浆料中各原料的质量百分比为：硅溶胶：60%~80%，2000目碳化硅粉：6%~18%，150nm碳化硅粉：1%~3%，2000目炭黑粉：10%~15%，氧化钇粉：1%~3%，甲基纤维素：1%~2%；所述碳/碳复合材料的密度为1.0~1.8g/cm3；当所述基体材料为低密度硬质碳纤维毡时，所述碳化硅涂层浆料中各原料的质量百分比为：硅溶胶：35%~45%，2000目碳化硅粉：24%~30%，150nm碳化硅粉：4%~6%，2000目炭黑粉：19%~21%，氧化钇粉：5%~7%，甲基纤维素：3%~5%；所述低密度硬质碳纤维毡的密度为0.15~0.35g/cm3。进一步，步骤（4）中，所述硅溶胶为30%~40%含量的酸性硅溶胶。进一步，步骤（4）中，所述烘干处理的温度为100℃~120℃，保温时间为3~4h。进一步，步骤（5）中，当所述基体材料为金属材料时，所述烧结处理的温度为600℃~700℃，升温速率为2~4℃/min，保温1~2h；所述气氛为氮气和/或氩气。进一步，步骤（5）中，当所述基体材料为石墨材料、低密度硬质碳纤维毡或碳/碳复合材料时，所述烧结处理为1550℃~1600℃，升温速率为2~5℃/min，900℃时保温1~2h，1550℃时保温1~2h；所述气氛为氮气和/或氩气。本专利技术先用溶解了聚碳硅烷的二甲苯溶液对基体材料进行打底处理，研究表明，这有利于增加基体材料与碳化硅涂层浆料的结合强度，并且聚碳硅烷在经过600℃以上烧结处理后能够形成无定形碳化硅，与基体材料牢固地结合在一起，该无定形碳化硅还可作为后期碳化硅涂层浆料中碳与二氧化硅在高温下进行碳热还原反应生成碳化硅的晶种，从而进一步提高后期碳化硅涂层与基体材料间的结合强度；本专利技术利用高浓度（含量30%~40%）酸性硅溶胶作粘结剂，能够增强基层和涂层之间的结合力，在界面形成更密实的黏结层，增强界面的结合力，并且硅溶胶粒子渗透性好，渗透到基材表面的毛细孔中，堵塞毛细孔，降低开放孔数，增加封闭孔数，从而抑制、减少基层对涂料水分的吸收，使得这种吸收变的得十分均匀，干燥时也十分均匀，增加了涂层的致密性；甲基纤维素一方面能够作为悬浮剂使得各种粉体能够较均匀地分布在硅溶胶中，同时还能增加涂料的粘附性，使得涂料能够紧密贴附在基体材料的表面，并且其成膜性能使得涂料在受热烘干后形成一层保护膜，保证涂料的隔离效果；而稀土氧化钇作为碳化硅的烧结助剂，能够有效地防止后期形成碳化硅涂层过程中裂纹的生成及扩展。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）初坯材质的选择与制作：根据产品具体的使用工况，选择合适的基体材料样件；按照设计的产品结构及尺寸，对所述基体材料样件进行机械加工至设计尺寸精度，从而得到待涂层的初坯样品；/n（2）初坯样品的初次预处理：将步骤（1）制作好的所述初坯样品表面进行打磨抛光、超声波清洗后烘干待用；/n（3）初坯样品进行打底预处理：将经步骤（2）初次预处理后的初坯样品表面均匀地涂刷打底料，再置于烘箱中进行烘干处理；/n（4）涂刷涂层浆料：将经步骤（3）处理后的所述初坯样品表面均匀地涂刷碳化硅涂层浆料，烘干处理；/n（5）烧结处理：将经步骤（4）处理后的所述初坯样品置于气氛烧结炉中，进行烧结处理；烧结处理完毕，即在所述初坯样品表面生成致密的碳化硅涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）初坯材质的选择与制作：根据产品具体的使用工况，选择合适的基体材料样件；按照设计的产品结构及尺寸，对所述基体材料样件进行机械加工至设计尺寸精度，从而得到待涂层的初坯样品；
（2）初坯样品的初次预处理：将步骤（1）制作好的所述初坯样品表面进行打磨抛光、超声波清洗后烘干待用；
（3）初坯样品进行打底预处理：将经步骤（2）初次预处理后的初坯样品表面均匀地涂刷打底料，再置于烘箱中进行烘干处理；
（4）涂刷涂层浆料：将经步骤（3）处理后的所述初坯样品表面均匀地涂刷碳化硅涂层浆料，烘干处理；
（5）烧结处理：将经步骤（4）处理后的所述初坯样品置于气氛烧结炉中，进行烧结处理；烧结处理完毕，即在所述初坯样品表面生成致密的碳化硅涂层。


2.根据权利要求1所述的碳化硅涂层的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述基体材料为金属材料、石墨材料、碳/碳复合材料、低密度硬质碳纤维毡中的一种。


3.根据权利要求2所述的碳化硅涂层的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，根据所述基体材料的不同而选用不同的砂纸打磨抛光：所述金属材料基体用1000#~1200#砂纸打磨抛光；所述石墨材料和所述碳/碳复合材料用600#~800#砂纸打磨抛光；所述低密度硬质碳纤维毡用200#~400#砂纸打磨抛光；所述超声波清洗用无水乙醇，所述超声波清洗时间为1~1.5h；所述烘干温度为60~80℃，所述烘干时间为1~4h。


4.根据权利要求1-3之一所述的碳化硅涂层的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述打底料按如下方法进行配制：将固态聚碳硅烷溶于二甲苯中，所述聚碳硅烷和所述二甲苯的质量比为1:（2~3），充分搅拌均匀；所述聚碳硅烷的分子量为1000~1300。


5.根据权利要求1-3之一所述的碳化硅涂层的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述烘干温度为200℃~240℃，保温时间为2~4h。


6.根据权利要求2或3所述的碳化硅涂层的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋立臣，
申请(专利权)人：湖南博诚新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43