炭素材料抗氧化涂层制造技术

本实用新型专利技术公开了一种涂层抗氧化性好的炭素材料抗氧化涂层，它包括由碳/碳复合材料或石墨材料组成的基体（1），其特征是基体（1）的表面设有由原位生长的碳化硅晶须组成的过渡层（2），本实用新型专利技术在炭素材料基体上原位生长一层碳化硅晶须，利用碳化硅晶须的拔出桥连与裂纹转向机制降低涂层中的裂纹尺寸和数量，有利于大幅度提高碳化硅涂层的抗氧化性能和抗热震性能，而且整个制备过程可以通过化学气相沉积连续完成，大大简化了涂层的制备过程。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种炭素材料高温抗氧化领域，具体地说是一种炭素材料抗氧化 涂层，特别是涉及一种由碳/碳复合材料或石墨材料为基体的表面抗氧化涂层。
技术介绍
碳/碳复合材料是目前广泛应用的先进复合材料之一，该材料比重轻、耐烧蚀、耐 腐蚀、耐摩檫、高温力学性能好等一系列优良的性能，是高温耐摩擦部件和高温结构件的最 佳候选材料，已广泛应用于航空、航天领域，是21世纪最具潜力的高温结构材料之一。然 而，碳/碳复合材料存在一个致命的缺点，许多优异的性能只有在惰性气氛和真空环境下 才能保持。研究表明，碳/碳复合材料在空气中370°C、在水蒸汽中650°C、在(X)2中750°C 就开始氧化，并且氧化速度随温度的升高迅速增大，导致材料氧化失重，使其强度大幅度降 低甚至全部丧失，最终导致材料毁灭性的破坏，限制了碳/碳复合材料的广泛使用。因此， 如何解决碳/碳复合材料高温抗氧化成为了碳/碳复合材料领域的热点问题之一。根据碳 /碳复合材料氧化的机理，目前碳/碳复合材料的抗氧化措施主要分为两类内部抗氧化和 表面涂层。目前，内部抗氧化技术主要用于1000°C以下的氧化保护。为了解决碳/碳复合 材料1000°C以上的抗氧化问题，国内外研究人员对表面涂层制备技术进行了大量卓有成效 的研究，开发了多种抗氧化涂层。SiC具有化学惰性较大，优良的高温机械性能，抗热震性能和抗氧化能力，极高的 熔点，而且SiC高温氧化反应可生成连续、均勻、致密的SiO2氧化保护薄膜，故SiC涂层和 SiC复合涂层是碳/碳复合材料和石墨材料高温抗氧化涂层的首选材料。但是目前开发出 来的SiC涂层和SiC复合涂层的防氧化效果远不及理论值，其主要原因在于没有很好的解 决好涂层的结构问题。文献1 申请号为200910022719. 4，公开号为CN101565328A，专利技术名称为碳/碳复 合材料防氧化涂层的制备方法的专利申请公开了一种采用包埋法制备SiC过渡层，利用超 音速等离子喷涂设备将MoSi2喷涂到具有SiC过渡层的碳/碳复合材料表面。文献2 :“A multilayer coating of dense SiC alternated with porous Si-Mo for the oxidation protection of carbon/carbon silicon carbide composites, Carbon, 2008, 46 (1) :P149_P153”介绍了一种化学气相沉积法和料浆法制备SiC/Si_Mo复 合涂层的方法。首先在碳/碳复合材料基体表面化学气相沉积SiC涂层，然后利用料浆法 在SiC涂层表面制备多孔的Si-Mo涂层，如此反复多次。文献1和文献2的方法公开了通过在碳/碳复合材料基体和外层之间制备一层 SiC过渡层或者Si-Mo多孔涂层的方法，使之能起到部分缓解碳/碳复合材料基体和MoSi2 或者SiC热膨胀系数不匹配的问题。但是由于包埋法和料浆法自身的缺陷，制备的涂层与 碳/碳复合材料基体的结合性较差，过渡层容易脱落，从而整个涂层的抗热震性能仍然不 够理想。碳化硅晶须是一种直径为纳米级至微米级的单晶纤维，具有高强度、高硬度、高弹性模量及密度低、耐腐蚀、化学性质稳定、抗高温氧化能力强等优良特性。在制备高温金属 基、陶瓷基复合材料中得到广泛的应用。近年来，为解决碳/碳复合材料高温抗氧化涂层容 易开裂的问题，碳化硅晶须被作为增韧材料用于高温抗氧化涂层的制备中。文献3 专利号为200610041916. 7，授权公告号为CN1321092C，专利技术名称为碳/碳 复合材料表面抗氧化多相涂层的制备方法的专利公开了一种采用料浆法制备一层多孔的 SiC晶须增韧涂层，再采用包埋法制备带有SiC晶须增韧涂层的碳/碳复合材料的MoSi2表 面涂层。文献 4:“SiC whisker-toughened SiC oxidation protective coating for carbon/carbon composites, Carbon, 2006, 44 (3) :P602_P605，，介绍了一种利用料浆法制 备碳化硅晶须增韧碳化硅内层，然后再用包埋法制备碳化硅晶须增韧碳化硅的表层。文献3和文献4的方法公开了将碳化硅晶须应用于涂层的方法，但是，其碳化硅晶 须是通过人工的方式掺杂进入涂层体系的，其分布必然存在一定的不均勻性，同时，这种掺 杂碳化硅晶须增韧涂层只能单方面的提高涂层自身的抗氧化能力，而在改善涂层和碳/碳 复合材料基体之间的热膨胀性能不匹配方面作用甚微，而后者往往才是导致涂层容易开裂 和脱落的关键，而且，由于采用多种方法制备涂层，客观上导致涂层制备工艺复杂化，不利 于成本的降低，影响推广使用。石墨材料具有许多优良的性能，广泛由于冶金、机械、电器和化工等领域，是原子 能工业的重要材料，然而，石墨材料在温度400°c以上的氧化气氛下开始氧化，800°C以上 氧化速度加快，极易与氧化性气体发生化学反应而烧蚀，影响了石墨的使用寿命，为了提高 石墨材料的抗氧化性，文献5 :"SiC/Si-MoSi2抗氧化涂层的制备及性能研究，耐火材料， 2006，40 (1):P161-P165，，在石墨表面制备SiC/Si_MoSi2抗氧化涂层，首先以Si粉为原料， 采用包埋法制备SiC内层，然后以Mo粉和Si粉为原料，配制成m(Mo) :m(Si)分别为1:5、 1. 5:5、2:5和2. 5:5的料浆，采用料浆烧结法制备Si-MoSi2外层。由于包埋法和料浆法自 身的缺陷，制备的涂层与石墨材料基体的结合性也较差，过渡层容易脱落，从而整个涂层的 抗氧化性与抗热震性能仍然不够理想。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种涂层抗氧化性好的炭素材料抗氧化涂层，特别是提 供一种在炭素材料基体上原位生长一层碳化硅晶须过渡层为抗氧化涂层。本技术是采用如下技术方案实现其专利技术目的的，一种炭素材料抗氧化涂层， 它包括由碳/碳复合材料或石墨材料组成的基体，基体的表面设有由原位生长的碳化硅晶 须组成的过渡层。本技术为进一步提高涂层的抗氧化能力，过渡层上设有由致密碳化硅组成的表层。由于采用上述技术方案，本技术较好的实现了专利技术目的，在碳/碳复合材料 或石墨材料基体上原位生长一层碳化硅晶须，再制备致密的碳化硅外层，从而在基体和致 密的碳化硅表层之间形成SiCw过渡层，其热膨胀系数介于基体和碳化硅之间，可以有效降 低由于热膨胀系数不匹配产生的热应力，同时，利用碳化硅晶须的拔出桥连与裂纹转向机 制降低涂层中的裂纹尺寸和数量，有利于大幅度提高碳化硅涂层的抗氧化性能和抗热震性能，而且整个制备过程可以通过化学气相沉积连续完成，大大简化了涂层的制备过程。附图说明图1是本技术在炭素材料基体表面制备有由碳化硅晶须组成的过渡层的结 构示意图；图2是本技术在炭素材料基体表面原位生长的碳化硅晶须的表面扫描电镜 照片；图3是本技术在炭素材料基体表面原位生长的碳化硅晶须的X-Ray衍射图 谱；图4是本技术在碳/碳复合材料基体表面原位生长的碳化硅晶须的截面扫描 电镜照片；图5是本技术在炭素材料基体表面制备有由碳化硅晶须组成的过渡层及由 致密碳化硅组成的表层的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种炭素材料抗氧化涂层，它包括由碳／碳复合材料或石墨材料组成的基体（１），其特征是基体（１）的表面设有由原位生长的碳化硅晶须组成的过渡层（２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廖寄乔，李军，
申请(专利权)人：廖寄乔，
类型：实用新型
国别省市：43