一种复合材料热防护用高温抗氧化涂层制造技术

本发明专利技术公开了一种复合材料热防护用高温抗氧化涂层，涉及卫星复合材料喷管热防护技术领域，解决了现有热防护涂层无法耐受1800℃以上服役环境的问题。该涂层包括SiC/C基体、过渡层、周期性叠层和耐高温烧蚀层。SiC/C基体表面设置过渡层；过渡层材料为碳化硅和硼化铱多元组合涂层。在过渡层的表面设置周期性叠层。周期性叠层中每四层结构为一个周期，四层结构由下至上顺次为：第一层是1微米

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料热防护用高温抗氧化涂层


[0001]本专利技术涉及卫星复合材料喷管热防护
，具体涉及一种复合材料热防护用高温抗氧化涂层。

技术介绍

[0002]随着空间技术的发展，轻量化和长寿命航天器是未来的主要发展方向。为了进一步提高航天器的载荷携带能力，需要使用复合材料来实现平台的轻量化，从而节省出重量携带更多的载荷。因此，复合材料喷管是实现推进系统轻量化的主要方向。同时，航天器长寿命是提高航天器服役能力、提高性价比的重要途径，由于推进剂是决定航天器寿命的重要因素，因此，进一步提高推进剂燃烧温度，进而提高推进系统比冲来实现航天器长寿命是目前的主要方向。
[0003]目前适用于喷管的复合材料是C/SiC复合材料，C/SiC复合材料具有结构强度高、质量轻、耐高温性能好的特点，是制造轻小型化航天器喷管的理想材料，其中C/SiC复合材料喷管已在多个型号姿轨控液体发动机中得到成功应用，相关产品已进入工程应用阶段，对一系列重大型号任务的研制发挥了重要的支撑作用。
[0004]航天器工作环境要求其需要耐受1800℃的高温，然而于C/SiC复合材料喷管高温抗氧化性能不足，SiC/C复合材料发动机喷管在工作时，由于温度剧烈变化而产生热震应力，使得硬脆的SiC出现裂纹，推进剂中存在的氧气通过裂纹进入基体，在高温下与C纤维反应使其碳化，SiC失去碳纤维保护就会直接碎裂，从而使喷管烧穿失效。
[0005]目前C/SiC复合材料喷管在1700℃高温和强氧化环境中出现明显的烧蚀现象，无法满足长寿命航天器对高比冲推进系统的迫切需求。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种复合材料热防护用高温抗氧化涂层，能够利用多元超高温陶瓷来实现烧蚀防护、高熔点金属实现阻氧、纳米叠层结构提高耐热震性能，从而解决了现有热防护涂层无法耐受1800℃以上服役环境的问题。
[0007]为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：复合材料热防护用高温抗氧化涂层，包括SiC/C基体、过渡层、周期性叠层和耐高温烧蚀层。
[0008]SiC/C基体表面设置过渡层；过渡层材料为碳化硅和硼化铱多元组合涂层。
[0009]在过渡层的表面设置周期性叠层。
[0010]周期性叠层中每四层结构为一个周期，四层结构由下至上顺次为：第一层是1微米
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10微米的碳化硅，第二次是1微米
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10微米的硼化铱、第三次是1微米
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10微米的金属铱，第四层是1微米
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10微米的硼化铱与碳化硅的复合层。
[0011]周期性叠层表面设置耐高温烧蚀层。
[0012]耐高温烧蚀层由有碳化硅、硼化铪和硼化铱组成。
[0013]进一步地，过渡层的厚度为10微米
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200微米。
[0014]进一步地，周期性叠层共有10
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50层。
[0015]进一步地，耐高温烧蚀层中碳化硅比例为10％
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40％，硼化铪硼化铱比例相同，分别为45％
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30％。
[0016]有益效果：
[0017]本专利技术提供了一种复合材料热防护用高温抗氧化涂层，能够利用多元超高温陶瓷来实现烧蚀防护、高熔点金属实现阻氧、纳米叠层结构提高耐热震性能，即本专利技术可以使SiC/C复合材料喷管能够耐受1800℃的工作温度，从而可大幅提高化学推进剂的比冲，在相同质量推进剂的情况下能够获得更长时间的推力输出，从而可有效提高卫星的工作寿命。
附图说明
[0018]图1是高温抗氧化涂层结构示意图；其中1为SiC/C基体，2为过渡层，3为周期性叠层，4为耐高温烧蚀层。
具体实施方式
[0019]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0020]本专利技术提供了一种复合材料热防护用高温抗氧化涂层，其特征在于，包括：SiC/C基体1、过渡层2、周期性叠层3和耐高温烧蚀层4。
[0021]SiC/C基体1表面设置过渡层2；过渡层2材料为碳化硅和硼化铱多元组合涂层；在SiC/C复合材料基底表面，设置过渡层。过渡层材料为碳化硅和硼化铱多元组合涂层，过渡层厚度为10微米
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200微米。过渡层主要用于实现基体与其它涂层之间的附着力，防止涂层分层或脱落。
[0022]在过渡层2的表面设置周期性叠层3。
[0023]周期性叠层3中每四层结构为一个周期，四层结构由下至上顺次为：第一层是1微米
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10微米的碳化硅，第二次是1微米
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10微米的硼化铱、第三次是1微米
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10微米的金属铱，第四层是1微米
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10微米的硼化铱与碳化硅的复合层；周期性叠层结构共有10
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50层。周期性叠层结构主要采用减小每一层厚度的方式，降低热失配导致的热应力，从而减少热震带来的裂纹。
[0024]周期性叠层3表面设置耐高温烧蚀层4。
[0025]耐高温烧蚀层4由有碳化硅、硼化铪和硼化铱组成。周期性叠层外面，是耐高温烧蚀层，主要有碳化硅、硼化铪和硼化铱组成，其中碳化硅比例为10％
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40％，硼化铪硼化铱比例相同，分别为45％
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30％。耐高温烧蚀层利用硼化铪和硼化铱高熔点的特性来实现耐高温烧蚀的目的。同时在推进剂燃烧产生的富氧环境下，硼化铪、硼化铱和碳化硅可生成Hf
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Ta
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Si
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O玻璃，该玻璃层包含了高温下熔融态的液相，同时还有氧化铪等高熔点固态氧化物，熔融态复合玻璃能够有效填补由于热震、反应气体膨胀等因素产生的裂纹，阻止氧气渗入基体。同时分布在玻璃相中的高熔点氧化物作为镶嵌相，一是可以通过钉扎效应防止高速燃气冲刷带走液态玻璃相，降低烧蚀率。同时利用其高熔点，提高耐烧蚀性能。
[0026]综上所述，以上仅为本专利技术的较佳实施例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料热防护用高温抗氧化涂层，其特征在于，包括：SiC/C基体(1)、过渡层(2)、周期性叠层(3)和耐高温烧蚀层(4)；所述SiC/C基体(1)表面设置过渡层(2)；所述过渡层(2)材料为碳化硅和硼化铱多元组合涂层；所述在过渡层(2)的表面设置周期性叠层(3)；所述周期性叠层(3)中每四层结构为一个周期，四层结构由下至上顺次为：第一层是1微米
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10微米的碳化硅，第二次是1微米
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10微米的硼化铱、第三次是1微米
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10微米的金属铱，第四层是1微米
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10微米的硼化铱与碳化硅的复合层；所述周...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹生珠，张凯锋，周晖，熊玉卿，高恒蛟，成功，何延春，左华平，徐嶺茂，李中华，李毅，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：