本发明专利技术涉及一种碳纤维增韧碳化硅基复合材料中温1000～1400℃涂层的修补方法，该方法主要以硅粉、钡锶铝硅（BSAS）、低熔点玻璃粉为原料，通过添加一定有机硅烷和溶剂，制备成均匀浆料涂覆于碳纤维增韧碳化硅基复合材料受损涂层的表面，经低温固化即可得到和基体结合良好且致密的涂层。该方法有效解决了碳纤维增韧碳化硅基复合材料涂层损伤在线修补问题。同时，本发明专利技术制备周期短，工艺简单、可重复性好。制备的涂层体系经验证可有效提高复合材料在1000℃-1400℃温度范围内的抗氧化性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种碳纤维增韧碳化硅基复合材料中温涂层的修补方法，涉及一种碳纤维增韧碳化硅基复合材料中温涂层(1000-1400°c )在线修补方法。
技术介绍
连续碳纤维增韧碳化硅基复合材料具有类似金属的断裂行为，对裂纹不敏感，不会发生灾难性破坏。其耐高温和低密度特性，使其成为发展先进航空发动机、火箭发动机和空天飞行器防热结构的关键材料。在航空发动机应用方面，如法国SNECMA公司生产的M88-2和M53-2发动机上的喷嘴和尾气调节片采用了 C/SiC材料。在超高声速飞行器上C/SiC材料主要用于大面积热防护系统，比金属TPS减重50 %，可减少发射准备程序，减少维护，提高使用寿命和降低成本。C/SiC材料用作超高声速飞行器高温大面积防热系统，已经在X系列空天飞行器上试飞成功，成为继C/C之后的新一代防热材料。 C/SiC复合材料在应用中存在的一个主要问题就是高温下抗氧化性能较差。这一方面是由于SiC基体与纤维之间的热膨胀系数(CTE)不匹配，SiC基体上存在许多微小裂纹。在C/SiC复合材料的使用过程中，这些微小裂纹会成为氧气腐蚀碳纤维的流动通道。另一方面，C/SiC复合材料的抗氧化性能差是由于材料的致密度较低。因此，必须发展C/SiC复合材料的保护体系以阻止氧通过裂纹和开气孔向碳纤维的扩散。现阶段解决的主要方法是对C/SiC材料表面进行抗氧化涂层处理，涂层的主要工艺有CVD法、溶胶-凝胶法，聚合物裂解法等。这些方法所制备的涂层都能在一定程度上很好的保护基体。但是存在的问题是C/SiC复合材料在加工和装备过程中会造成表面涂层有一定破坏，涂层的毁坏可能导致碳纤维暴露于燃气环境下，碳纤维的氧化将造成构件的失效，严重影响材料的正常使用。重新制备涂层不仅周期较长，而且耗资巨大，为了解决这一问题，研究涂层修补技术成为一个热点。但是对于中温(1000-140(TC)使用区域的涂层在线修补技术却鲜有报道。目前的涂层制备技术较多，但均不能进行在线修补，比如CVD法，对制备涂层的设备要求较高，这就限制了其在线修补行为。本专利技术主要通过对涂层进行合理的结构设计，结合简单的涂刷法工艺来实现C/SiC复合材料中温涂层(1000-1400°c )的在线修补。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种C/SiC复合材料中温涂层(1000-140(TC)在线修补的方法。—种碳纤维增韧碳化硅基复合材料中温1000 1400°C涂层的修补方法，其特征在于修补步骤如下步骤I :将Si粉与有机硅烷粘合剂进行混合得到内涂层的涂层浆料，然后将浆料刷涂于碳纤维增韧碳化硅基复合材料的受损涂层处，在40 120°C低温下使其固化，获得内涂层；所述有机硅烷粘合剂Si粉的质量比为I 3 4 7 ;步骤2 :采用熔点为1000°C 1400°C的氧化物与有机硅烷粘合剂进行混合，得到第一梯度玻璃涂层的浆料，然后将此浆料刷涂于步骤I制备完成的内涂层上，在40 120°C低温下使其固化，获得第一梯度玻璃涂层；所述有机硅烷粘合剂氧化物的质量比为I 3 4 7 ;步骤3 :采用软化点为400°C 1000°C的低熔点玻璃粉与有机硅烷粘合剂进行混合，得到第二梯度玻璃涂层的浆料，将此浆料刷涂于第一梯度玻璃涂层上，在40 120°C低温下使其固化，获得第二梯度玻璃涂层；所述有机硅烷粘合剂低熔点玻璃粉的质量比为I 3 4 7。所述步骤I、步骤2和步骤3中的固化采用红外灯、紫外灯照射或者烘箱使其固化。 所述熔点为1000°C 1400°C的氧化物为钡锶铝硅BSAS或碳酸盐、硫酸盐、钡、铝、镓五个系列的氧化物。所述玻璃粉为铋玻璃粉、铅玻璃粉、钒玻璃粉、磷酸盐玻璃粉或硼硅酸盐玻璃粉。所述有机硅烷粘合剂为聚氮硅烷、聚硅氧烷、聚碳硅烷或聚硼氮硅烷。本专利技术一种碳纤维增韧碳化硅基复合材料中温涂层(1000-140(TC)修补方法，基于合理的涂层结构设计，各层涂层相互配合，达到相应温度的使用要求。在涂层体系中内层硅涂层主要是为了提高涂层与基体的结合力，梯度玻璃涂层主要是可以在相应温度下形成液相，一方面对基体的裂纹及孔洞进行封填，另一方面可进行涂层的自愈合。该技术可有效提高C/SiC复合材料部件的使用寿命，降低材料的使用成本。本专利技术的优点在于(I)该方法制备工艺简单，只需简单的涂刷即可制备完成，无需复杂的热处理工艺(2)该方法对制备设备要求低，基本无需精密的设备；(3)该方法制备周期短(4)该方法成本低(5)该方法提供了一种C/SiC复合材料中温涂层(1000-140(TC)在线修补技术。(6)该方法可根据不同的使用温度(1000-1400°C)要求，进行相应的结构调整以适应修补需求。附图说明图I :实施例I涂层试样在1300°C，空气中氧化60分钟后涂层表面SEM图；图2 :实施例I涂层试样在1300°C，空气中氧化60分钟后涂层断面SEM具体实施例方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述实施例I :步骤I :对于待修补的碳纤维增韧碳化硅基复合材料采用清水进行超声清洗30分钟，然后置于100°c烘箱内经30分钟烘干，待用；步骤2 :以硅粉添加100%的乙醇作为溶剂、添加20%的聚氮硅烷作为粘合剂，球磨约30min,得到混合均勻的衆料；步骤3 :将混合均匀的浆料刷涂于基材表面，120°C (现场可采用红外灯照射)左右经5-6小时使其固化，从而获得内涂层；内涂层的目的是提高涂层与基体的粘结力。步骤4 :以BSAS粉添加100%的乙醇作为溶剂、添加20%的聚氮硅烷作为粘合剂，球磨约30min,得到混合均勻的衆料；步骤5 :将混合均匀的浆料刷涂于步骤2、3制备的内涂层上，120°C(现场可采用红外灯照射)左右经5-6小时使其完全固化，从而获得第一梯度玻璃涂层；第一梯度玻璃涂层的目的是在1000°C 1400°C左右形成液相提高基体的抗氧化性能。步骤6 :以硼硅玻璃粉添加100%的乙醇作为溶剂、添加20%的聚氮硅烷作为粘合齐U，球磨约30min,得到混合均勻的衆料；步骤7 :将混合均匀的浆料刷涂于步骤4、5制备的第一梯度玻璃涂层上，120°C(现场可采用红外灯照射)左右经5-6小时使其完全固化，即可得到第二梯度玻璃涂层；第二梯度玻璃涂层的目的是在700-800°C形成液相，提高基体在相应温度的抗氧化性能。 对已制备的涂层试样和无涂层试样和进行氧化实验，结果显示在1300°C保温60分钟涂层试样失重仅约3. 6%,而未加涂层的试样失重为53. rI0A。结合涂层试样的表面微观形貌图，可以看出涂层表面非常的光滑致密，但却存在一些微裂纹，不过这些微裂纹在高温下是可以自动愈合的；结合涂层断面微观形貌图可以看出内涂层与基体结合非常紧密，经过氧化后第一和第二梯度玻璃涂层已经熔为一层，即形成了外涂层。观察外涂层，可以看出涂层非常致密，几乎没有缺陷。由此显示了该方案对基体可起到很好的防氧化作用。实施例2 步骤I :对于待修补的碳纤维增韧碳化硅基复合材料采用清水进行超声清洗30分钟，然后置于100°c烘箱内经30分钟烘干，待用；步骤2 :以硅粉添加100%的乙醇作为溶剂、添加20%的聚碳硅烷作为粘合剂，球磨约30min,得到混合均勻的衆料；步骤3 :将混合均匀的浆料刷涂于基材表面，80°C本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳纤维增韧碳化硅基复合材料中温1000～1400℃涂层的修补方法，其特征在于修补步骤如下：步骤1：将Si粉与有机硅烷粘合剂进行混合得到内涂层的涂层浆料，然后将浆料刷涂于碳纤维增韧碳化硅基复合材料的受损涂层处，在40～120℃低温下使其固化，获得内涂层；所述有机硅烷粘合剂︰Si粉的质量比为1～3∶4～7；步骤2：采用熔点为1000℃～1400℃的氧化物与有机硅烷粘合剂进行混合，得到第一梯度玻璃涂层的浆料，然后将此浆料刷涂于步骤1制备完成的内涂层上，在40～120℃低温下使其固化，获得第一梯度玻璃涂层；所述有机硅烷粘合剂︰氧化物的质量比为1～3∶4～7；步骤3：采用软化点为400℃～1000℃的低熔点玻璃粉与有机硅烷粘合剂进行混合，得到第二梯度玻璃涂层的浆料，将此浆料刷涂于第一梯度玻璃涂层上，在40～120℃低温下使其固化，获得第二梯度玻璃涂层；所述有机硅烷粘合剂︰低熔点玻璃粉的质量比为1～3∶4～7。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王一光，成来飞，张立同，杨娟，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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