一种用于C/C复合材料的环境障涂层及其制备方法技术

技术编号：41403894 阅读：3 留言：0更新日期：2024-05-20 19:29

本发明专利技术涉及一种用于C/C复合材料的环境障涂层及其制备方法，该方法首先利用熔盐工艺，将Yb<subgt;2</subgt;Si<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;粉、Al粉与充分干燥后的NaCl粉、KCl粉按一定比例混合均匀，并进行高温热处理，制得具有核壳结构的Yb<subgt;2</subgt;Si<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;@Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;复合喷涂粉体；随后采用热喷涂工艺在包埋有粘结层SiC的C/C复合材料表面沉积Yb<subgt;2</subgt;Si<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;陶瓷面层。上述制备方法可实现Yb<subgt;2</subgt;Si<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;涂层中微纳尺度Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;的均匀掺杂，并在涂层中原位反应生成具有高损伤容限及优异耐水汽腐蚀能力的Yb<subgt;3</subgt;Al<subgt;5</subgt;O<subgt;12</subgt;相，能有效增强C/C复合材料在高温水氧腐蚀环境中的热循环服役稳定性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于涂层，具体涉及一种用于c/c复合材料的环境障涂层及其制备方法。

技术介绍

1、c/c复合材料由于具有低密度、优异的高温力学性能等特点，成为空天发动机理想的热端结构材料。然而，500℃以上剧烈的氧化极大限制了c/c复合材料的实际应用，基于此，sic基复合涂层由于与c/c匹配的热膨胀系数以及良好的物理化学相容性而被广泛研究。在高温含氧环境中，sic基复合涂层表面生成的致密sio2保护膜可有效阻碍氧气的内扩散，但在含水蒸气的发动机环境中，sio2保护膜会向气态si(oh)4转变，从而丧失保护性能(s.l.dos santos elucato,o.h.sudre,d.b.marshall,a method for assessingreactions of water vapor with materials in high-speed,high-temperature flow[j],journal of the american ceramic society,2011,94(s1):s186-s195.)。因此，在硅基阻氧涂层表面制备具有低sio2活度的环境障涂层(environmental barrier coatings，ebcs)至关重要。

2、综合考虑耐高温腐蚀能力、相结构稳定性以及热膨胀匹配性(yb2si2o7：4.1×10-6k-1；sic：4.3～5.4×10-6k-1)，yb2si2o7成为sic基材料表面ebcs的首选材料(m.ridley,e.opila,thermochemical

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于c/c复合材料的环境障涂层及其制备方法，以解决现有技术中yb2si2o7涂层易于被腐蚀，如果加入yb2sio5易使涂层中产生垂直贯穿裂纹的问题。

2、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：

3、一种用于c/c复合材料的环境障涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1，混合al粉、yb2si2o7粉、nacl粉和kcl粉，研磨后获得混合粉体；

5、步骤2，将混合粉体在加热炉中加热保温，获得加热处理后的混合粉体；

6、步骤3，将加热处理后的混合粉体进行若干次超声清洗，将最终超声清洗的浆体烘干，获得yb2si2o7@al核壳粉体；

7、步骤4，将yb2si2o7@al核壳粉体氧化处理，获得yb2si2o7@al2o3核壳粉体；

8、步骤5，在包埋sic粘结层的c/c复合材料表面沉积yb2si2o7-al2o3核壳粉体，获得yb2si2o7-al2o3陶瓷面层；

9、步骤6，将表面沉积有yb2si2o7-al2o3陶瓷面层的c/c复合材料在加热炉中保温处理，获得用于c/c复合材料的环境障涂层。

10、本专利技术的进一步改进在于：

11、优选的，步骤1中，所述al粉、yb2si2o7粉、nacl粉和kcl粉的摩尔比为(0.1～0.3)：1：(0.3～0.7)：(0.3～0.7)。

12、优选的，步骤1中，所述nacl粉和kcl粉经过干燥处理。

13、优选的，步骤2中，所述保温温度为700～1000℃，保温环境为ar气氛，保温时间为4～6h。

14、优选的，步骤3中，超声清洗次数为5次，超声清洗中使用的液体温度为80℃。

15、优选的，步骤3中，浆体烘干温度为100℃，烘干时间为10h。

16、优选的，步骤4中，氧化温度为500℃，氧化时间为4～6h。

17、优选的，步骤5中，通过等离子喷涂工艺沉积yb2si2o7-al2o3核壳粉体，喷涂功率为45～50kw，喷涂距离为80～120mm。

18、优选的，步骤6中，保温温度为1100～1300℃，保温气氛为ar气氛，保温时间为10～15h。

19、一种通过上述任意一项所述制备方法获得的用于c/c复合材料的环境障涂层，所述环境障涂层由内至外依次包括sic粘结层和yb2si2o7-al2o3陶瓷面层。

20、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：

21、本专利技术涉及一种用于c/c复合材料的环境障涂层的制备方法，该方法首先利用熔盐工艺，将yb2si2o7粉、al粉与充分干燥后的nacl粉、kcl粉按一定比例混合均匀，并进行高温热处理，制得具有核壳结构的yb2si2o7@al2o3复合喷涂粉体；随后采用热喷涂工艺在包埋有粘结层sic的c/c复合材料表面沉积yb2si2o7-al2o3陶瓷面层。上述制备方法可实现yb2si2o7涂层中微纳尺度al2o3的均匀掺杂，并在涂层中原位反应生成具有高损伤容限及优异耐水汽腐蚀能力的yb3al5o12相，能有效增强c/c复合材料在高温水氧腐蚀环境中的热循环服役稳定性。

22、进一步的，本专利技术采用高温熔盐法，结合等离子喷涂工艺实现了涂层中微纳尺度第二相的均匀掺杂。利用nacl-kcl约670℃的低共晶熔点，使在高于670℃的环境下，为混合粉体提供充足的本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于C/C复合材料的环境障涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于C/C复合材料的环境障涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述Al粉、Yb2Si2O7粉、NaCl粉和KCl粉的摩尔比为(0.1～0.3)：1：(0.3～0.7)：(0.3～0.7)。

3.根据权利要求1所述的一种用于C/C复合材料的环境障涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述NaCl粉和KCl粉经过干燥处理。

4.根据权利要求1所述的一种用于C/C复合材料的环境障涂层的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述保温温度为700～1000℃，保温环境为Ar气氛，保温时间为4～6h。

5.根据权利要求1所述的一种用于C/C复合材料的环境障涂层的制备方法，其特征在于，步骤3中，超声清洗次数为5次，超声清洗中使用的液体温度为80℃。

6.根据权利要求1所述的一种用于C/C复合材料的环境障涂层的制备方法，其特征在于，步骤3中，浆体烘干温度为100℃，烘干时间为10h。

7.根据权利要求1所述的一种用于C/C复

8.根据权利要求1所述的一种用于C/C复合材料的环境障涂层的制备方法，其特征在于，步骤5中，通过等离子喷涂工艺沉积Yb2Si2O7-Al2O3核壳粉体，喷涂功率为45～50kW，喷涂距离为80～120mm。

9.根据权利要求1所述的一种用于C/C复合材料的环境障涂层的制备方法，其特征在于，步骤6中，保温温度为1100～1300℃，保温气氛为Ar气氛，保温时间为10～15h。

10.一种通过权利要求1-9任意一项所述制备方法获得的用于C/C复合材料的环境障涂层，其特征在于，所述环境障涂层由内至外依次包括SiC粘结层和Yb2Si2O7-Al2O3陶瓷面层。

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【技术特征摘要】

1.一种用于c/c复合材料的环境障涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于c/c复合材料的环境障涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述al粉、yb2si2o7粉、nacl粉和kcl粉的摩尔比为(0.1～0.3)：1：(0.3～0.7)：(0.3～0.7)。

3.根据权利要求1所述的一种用于c/c复合材料的环境障涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述nacl粉和kcl粉经过干燥处理。

4.根据权利要求1所述的一种用于c/c复合材料的环境障涂层的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述保温温度为700～1000℃，保温环境为ar气氛，保温时间为4～6h。

5.根据权利要求1所述的一种用于c/c复合材料的环境障涂层的制备方法，其特征在于，步骤3中，超声清洗次数为5次，超声清洗中使用的液体温度为80℃。

6.根据权利要求1所述的一种用于c/...

【专利技术属性】
技术研发人员：李贺军，范凯飞，孙佳，欧鸿康，张雪萌，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：

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