一种碳化硅基体表面高温抗氧化涂层及其制备方法技术

本发明专利技术属于无机材料技术领域，具体涉及一种碳化硅基体表面高温抗氧化涂层及其制备方法。本发明专利技术的碳化硅基体表面高温抗氧化涂层，其特征在于按照重量百分比，由20％～100％Al

A high temperature oxidation resistant coating on SiC substrate and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅基体表面高温抗氧化涂层及其制备方法
本专利技术属于无机材料
，具体涉及一种碳化硅基体表面高温抗氧化涂层及其制备方法。
技术介绍
碳化硅材料具有优异的高温力学性能，比如高温强度，抗蠕变性能，高的导热率和抗热震性能等，因而成为高温结构材料和电热元件等材料的理想选择。在较高的温度下，低温形成的致密的二氧化硅膜因与碳化硅膨胀系数不同，反复加热冷却易形成裂纹，使碳化硅电阻率增大，使用寿命缩短。为了改善碳化硅材料在高温条件下使用的耐久性，比较有效的措施就是在其表面涂层。其表面的涂层通过抑制氧的扩散渗入或与氧发生反应生成保护性玻璃相使碳化硅基体材料与外界氧气隔离达到抗氧化的目的。为了提高碳化硅材料的使用寿命，需要涂层具有如下特性：1.氧的渗透率要低，这样才能有效阻止氧的扩散。起到介质与基体屏蔽层的作用。2.具有自愈合功能，即与氧反应原位生成致密均匀的氧化物，从而密封裂纹的功能，这样将使氧在到达基体前被消耗掉。3.高温热稳定性好，不易挥发，涂层抗热震性稳定。4.涂层与基体热膨胀系数相近，否则会由于温度变化导致热应力，引发裂纹萌生并扩展，最终涂层从基体上剥落。5.高温结合力强，与基体的附着力好，解决了了氧化物与非氧化物陶瓷的结合问题。6.该涂层耐高温、抗腐蚀、防粘连，涂层使用寿命较传统涂料大大提高。
技术实现思路
为了满足现有技术的需求，本专利技术提供一种碳化硅基体表面高温抗氧化涂层及其制备方法，目的是提高碳化硅基体表面高温抗氧化涂层的使用耐久性，在较长周期的使用过程中涂层既能与基体材料具有良好的结合强度，又与烧成产品不发生粘连、着色等问题，从而满足各类陶瓷客户的使用要求。本专利技术的碳化硅基体表面高温抗氧化涂层，按照重量百分比，由20％～100％Al2O3，0～80％莫来石，0～3％TiO2、0～30％SiO2和0～10％纳米氧化铝粉组成。其中，所述的Al2O3和莫来石粉料粒度为300～500目，所述的SiO2和ZrO2粉料粒度为800～1500目。所述的TiO2经过稳定化处理。本专利技术的碳化硅基体表面高温抗氧化涂层的制备方法，按照以下步骤进行：(1)将原料放入球磨罐中进行球磨；(2)球磨罐中加入占原料重量2％～3％的甲基纤维素(CMC)，占原料重量5％～10％的聚乙烯醇(PVA)以及占原料重量50％～80％的去离子水；(3)球磨罐中加入原料重量1.5～3倍的研磨球，进行球磨8～20h，得到涂层料；(4)将涂料层喷涂在碳化硅基体上，得到碳化硅基体表面高温抗氧化涂层。其中，所述的原料按照重量百分比，由20％～100％Al2O3，0～80％莫来石，0～3％TiO2、0～30％SiO2和0～10％纳米氧化铝粉组成。所述的步骤(4)将涂料层喷涂在碳化硅基体之后，在1300-1500℃温度下氧化烧成2-3次。与现有技术相比，本专利技术的特点和有益效果是：本专利技术提供了一种碳化硅基体表面高温抗氧化涂层及其制备方法，本专利技术的高温抗氧化涂层中，添加TiO2是为了提高涂层的致密性和韧性，添加SiO2是为了增加原料中该组分的含量，以形成更为致密的氧化膜。其中氧化铝在烧成过程中可与基板表面生成的SiO2发生反应进一步形成莫来石相，这种涂层与基体之间发生的化学反应可以大大增加二者之间的结合强度。涂层中莫来石与SiC基体的热膨胀系数高度一致，可以减少加热过程中热应力的产生，从而避免涂层产生裂纹或脱落掉皮，更提高了涂层的使用寿命。方案中还添加了熔点更高的ZrO2，使用的ZrO2一定要经过稳定处理的，否则1200℃晶型转变使，会引起裂纹和脱落。本专利技术中原料粒度是粗细相结合，这样既保证了料浆的喷涂性能，又使涂层的致密性得到了改善。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步说明。实施例1本实施例的碳化硅基体表面高温抗氧化涂层，按照重量百分比，由60％Al2O3，37％莫来石和3％TiO2组成。其中，所述的Al2O3和莫来石粉料粒度为300～500目，所述的TiO2经过稳定化处理。本实施例的碳化硅基体表面高温抗氧化涂层的制备方法，按照以下步骤进行：(1)按照重量百分比，将60％Al2O3，37％莫来石和3％TiO2的原料放入球磨罐中进行球磨；(2)球磨罐中加入占原料重量3％的CMC，占原料重量6％的PVA以及占原料重量75％的去离子水；(3)球磨罐中加入原料重量2倍的研磨球，进行球磨10h，得到涂层料，经检测，涂层料性能：流动性15-30s，比重1.5-1.8g/cm3；(4)将涂料层喷涂在碳化硅基体上，喷涂前，基体要彻底清洗并烘干，该过程一定要避免引入杂质。喷涂过程要注意涂层厚度均匀，并避免涂层厚度过厚，一般＜0.5mm，得到碳化硅基体表面高温抗氧化涂层。本实施例中添加TiO2是为了提高涂层的致密性和韧性，其是一种耐高温＜1200℃的涂层。实施例2本实施例的碳化硅基体表面高温抗氧化涂层，按照重量百分比，由60％Al2O3，25％莫来石和15％SiO2组成。其中，所述的Al2O3和莫来石粉料粒度为300～500目，所述的SiO2粉料粒度为800～1500目。本实施例的碳化硅基体表面高温抗氧化涂层的制备方法，按照以下步骤进行：(1)按照重量百分比，将60％Al2O3，25％莫来石和15％SiO2的原料放入球磨罐中进行球磨；(2)球磨罐中加入占原料重量2％的CMC，占原料重量8％的PVA以及占原料重量70％的去离子水；(3)球磨罐中加入原料重量2倍的研磨球，进行球磨20h，得到涂层料，经检测，涂层料性能：流动性20-30s，比重1.5-1.7g/cm3；(4)将涂料层喷涂在碳化硅基体上，喷涂前，基体要彻底清洗并烘干，该过程一定要避免引入杂质。喷涂过程要注意涂层厚度均匀，并避免涂层厚度过厚，一般＜0.5mm，得到碳化硅基体表面高温抗氧化涂层。本实施例中添加SiO2是为了增加原料中该组分的含量，以形成更为致密的氧化膜，其是一种耐高温1200℃-1350℃的涂层。实施例3本实施例的碳化硅基体表面高温抗氧化涂层，按照重量百分比，由20％Al2O3和80％莫来石组成。其中，所述的Al2O3和莫来石粉料粒度为300～500目。本实施例的碳化硅基体表面高温抗氧化涂层的制备方法，按照以下步骤进行：(1)按照重量百分比，将20％Al2O3和80％莫来石的原料放入球磨罐中进行球磨；(2)球磨罐中加入占原料重量2.5％的CMC，占原料重量6％的PVA以及占原料重量70％的去离子水；(3)球磨罐中加入原料重量2倍的研磨球，进行球磨20h，得到涂层料，经检测，涂层料性能：流动性22-30s，比重1.6-1.8g/cm3；(4)将涂料层喷涂在碳化硅基体上，喷涂前，基体要彻底清洗并烘干，该过程一定要避免本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅基体表面高温抗氧化涂层，其特征在于按照重量百分比，由20％～100％Al

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅基体表面高温抗氧化涂层，其特征在于按照重量百分比，由20％～100％Al2O3，0～80％莫来石，0～3％TiO2、0～30％SiO2和0～10％纳米氧化铝粉组成。


2.根据权利要求1所述的一种碳化硅基体表面高温抗氧化涂层，其特征在于所述的Al2O3和莫来石粉料粒度为300～500目，所述的SiO2和ZrO2粉料粒度为800～1500目。


3.根据权利要求1所述的一种碳化硅基体表面高温抗氧化涂层，其特征在于所述的TiO2经过稳定化处理。


4.一种碳化硅基体表面高温抗氧化涂层的制备方法，按其特征在于照以下步骤进行：
(1)将原料放入球磨罐中进行球磨；
(2)球磨罐中加入占原料重量2％～3％...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝岩，任东琦，闫海，刘彦哲，李连跃，孙方瑜，
申请(专利权)人：沈阳星光技术陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21