【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料制备，具体涉及一种ti改性cvd-sic抗氧化涂层及其制备方法和应用。
技术介绍
1、碳/碳(c/c)复合材料作为一种具有低密度、低热膨胀系数、高比强、力学性能随温度升高不降反升等优点的复合材料，是新一代飞行器热结构部件的候选材料之一。但c/c复合材料在高于400℃的有氧环境下即可发生氧化，当失重百分数为1％时，其力学性能下降10％。硅基陶瓷涂层技术是目前可实现对c/c复合材料长时有效防护的重要技术。其中，化学气相沉积法制备的sic涂层因与c/c复合材料热膨胀系数相近，对其力学性能损伤较小，并且在高温下可生成具有自愈合性能的sio2，是理想的抗氧化涂层材料。
2、但在1300℃等中低温环境下，sic涂层通过氧化生成的sio2生成速率较慢，粘度较高，流动性较差，不能及时有效愈合涂层中的裂纹等缺陷，对c/c基体不能起到有效防护效果。研究表明，在中低温氧化环境下，向涂层中引入ti元素可以降低sio2粘度，提高sio2的流动性，促进涂层中裂纹等缺陷的愈合，改善涂层的防护效果。文献“y.wei,l.zhou,j.zhanget al.effect of tib2 on the self-crack-healing ability of sic-si coating at1300℃[j],surface coating technology,2021,425”中，通过料浆浸渍结合气相渗硅法向sic涂层中引入tib2，利用b2o3和tio2与sio2的相互作用提高了涂层的自愈合效率，1300℃氧化1h后，tib2
3、因此，为了实现对c/c复合材料在中低温区的长时有效防护，需制备致密度较高，自愈合性能优异，对基体力学性能损伤小且制备工艺调控难度低的自愈合组元改性抗氧化涂层。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种ti改性cvd-sic抗氧化涂层及其制备方法和应用，以解决现有技术中制备温度高、制备工艺复杂、调控难以及涂层致密度较低的技术问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、本专利技术公开了一种ti改性cvd-sic抗氧化涂层的制备方法，包括：首先采用化学气相沉积法在c/c复合材料表面制备sic涂层，随后利用熔盐反应在1100℃～1400℃下低温热处理，将ti元素引入sic涂层中，原位形成ti-si-c层，制得ti改性cvd-sic抗氧化涂层。
4、优选地，所述的ti改性cvd-sic抗氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：
5、1)制备含有sic涂层的c/c复合材料；
6、2)按一定比例称取ti粉、sic粉和nacl-kcl混合粉末，充分研磨均匀，制得混合粉料；
7、3)将含有sic涂层的c/c复合材料埋入混合粉料中，然后置于坩埚中密封处理；
8、4)将步骤3)处理后的试样在1100℃～1400℃的ar环境中进行0.5～10h的热处理，处理结束后经洗涤、干燥处理，制得ti改性cvd-sic抗氧化涂层。
9、进一步优选地，步骤1)中，以h2为反应气，ar为稀释气，甲基三氯硅烷为原料，在负压条件下在c/c复合材料表面沉积获得sic涂层。
10、更进一步优选地，涂层沉积过程中温度为1100℃～1300℃，ar流量为150～700ml/min，h2流量为500～1300ml/min，甲基三氯硅烷的流量为0.05～0.3g/min，控制反应压力为2～8kpa。
11、进一步优选地，步骤2)中，ti粉与sic粉的混合粉末和nacl-kcl混合粉末的摩尔比为3:1～1:8；ti粉和sic粉的摩尔比为1:0～1:4；nacl-kcl混合粉末中nacl和kcl摩尔比例为2:1～1:2；充分研磨时间为30～60min；
12、ti粉纯度为99.5％，粒径为1～10μm；sic粉纯度为99.5％，粒径为1～3μm；nacl和kcl纯度为99.5％。
13、进一步优选地，步骤3)中，坩埚采用氧化铝坩埚，且采用2～3层石墨纸包裹反应粉料，含有sic涂层的c/c复合材料周围的粉末厚度应不少于5mm。
14、进一步优选地，步骤4)中，将密封好的坩埚置于管式炉恒温区，在常压下、ar流量为30-60ml/min的环境中进行热处理；
15、洗涤是将热处理结束后的试验置于水中，于100～300℃下多次煮沸处理，干燥是于60～75℃下烘干。
16、本专利技术公开了采用上述的制备方法制得的ti改性cvd-sic抗氧化涂层，该抗氧化涂层包含两层结构，内部为均匀致密的sic层，外部为厚度均匀的ti-si-c层；其中，ti-si-c层的厚度能够通过控制反应温度和反应时间调整。
17、优选地，该抗氧化涂层在1300℃静态空气中氧化300h后增重达0.35％，经30次1300℃～室温热震测试后，失重率为0.23％。
18、本专利技术还公开了上述ti改性cvd-sic抗氧化涂层在制备飞行器热结构部件中的应用。
19、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
20、本专利技术公开的ti改性cvd-sic抗氧化涂层的制备方法，通过熔盐反应即可将ti元素引入到cvd-sic涂层中，首先采用化学气相沉积法在碳/碳(c/c)复合材料表面制备sic涂层，随后利用熔盐反应将ti元素引入sic涂层中，原位形成ti-si-c层，即获得ti改性cvd-sic抗氧化涂层。可以看出，该方法能够在较低温度下，温度为1100℃时即可制备出致密度较高的ti改性cvd-sic涂层，无需高温反应或复杂的共沉积。本专利技术利用氧化过程中生成的tio2和sio2的互扩散降低sio2粘度，提高sio2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Ti改性CVD-SiC抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括：首先采用化学气相沉积法在C/C复合材料表面制备SiC涂层，随后利用熔盐反应在1100℃～1400℃下低温热处理，将Ti元素引入SiC涂层中，原位形成Ti-Si-C层，制得Ti改性CVD-SiC抗氧化涂层。
2.根据权利要求1所述的Ti改性CVD-SiC抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的Ti改性CVD-SiC抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)中，以H2为反应气，Ar为稀释气，甲基三氯硅烷为原料，在负压条件下在C/C复合材料表面沉积获得SiC涂层。
4.根据权利要求3所述的Ti改性CVD-SiC抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，涂层沉积过程中温度为1100℃～1300℃，Ar流量为150～700mL/min，H2流量为500～1300mL/min，甲基三氯硅烷的流量为0.05～0.3g/min，控制反应压力为2～8kPa。
5.根据权利要求2所述的Ti改性CVD-SiC抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤2)中，Ti粉
6.根据权利要求2所述的Ti改性CVD-SiC抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤3)中，坩埚采用氧化铝坩埚，且采用2～3层石墨纸包裹反应粉料，含有SiC涂层的C/C复合材料周围的粉末厚度应不少于5mm。
7.根据权利要求2所述的Ti改性CVD-SiC抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤4)中，将密封好的坩埚置于管式炉恒温区，在常压下、Ar流量为30-60mL/min的环境中进行热处理；
8.采用权利要求1～7中任意一项所述的制备方法制得的Ti改性CVD-SiC抗氧化涂层，其特征在于，该抗氧化涂层包含两层结构，内部为均匀致密的SiC层，外部为厚度均匀的Ti-Si-C层；其中，Ti-Si-C层的厚度能够通过控制反应温度和反应时间调整。
9.如权利要求8所述的Ti改性CVD-SiC抗氧化涂层，其特征在于，该抗氧化涂层在1300℃静态空气中氧化300h后增重达0.35％，经30次1300℃～室温热震测试后，失重率为0.23％。
10.权利要求8或9所述的Ti改性CVD-SiC抗氧化涂层在制备飞行器热结构部件中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种ti改性cvd-sic抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括：首先采用化学气相沉积法在c/c复合材料表面制备sic涂层，随后利用熔盐反应在1100℃～1400℃下低温热处理，将ti元素引入sic涂层中，原位形成ti-si-c层，制得ti改性cvd-sic抗氧化涂层。
2.根据权利要求1所述的ti改性cvd-sic抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的ti改性cvd-sic抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)中，以h2为反应气，ar为稀释气，甲基三氯硅烷为原料，在负压条件下在c/c复合材料表面沉积获得sic涂层。
4.根据权利要求3所述的ti改性cvd-sic抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，涂层沉积过程中温度为1100℃～1300℃，ar流量为150～700ml/min，h2流量为500～1300ml/min，甲基三氯硅烷的流量为0.05～0.3g/min，控制反应压力为2～8kpa。
5.根据权利要求2所述的ti改性cvd-sic抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤2)中，ti粉与sic粉的混合粉末和nacl-kcl混合粉末的摩尔比为3:1～1:8；ti粉和sic粉的摩尔比为1:0～...
【专利技术属性】
技术研发人员：付前刚，刘冰，孙佳，郭凌翔，刘天宇，董智杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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