一种碳/碳复合材料表面晶粒细小碳化硅涂层的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106083207A(43)申请公布日2016.11.09(21)申请号201610424220.6(22)申请日2016.06.14(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人郭领军霍彩霞李贺军黎云玉刘跃沈庆凉寇钢(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人王鲜凯(51)Int.Cl.C04B41/87(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种碳/碳复合材料表面晶粒细小碳化硅涂层的制备方法(57)摘要本发明涉及一种碳/碳复合材料表面晶粒细小碳化硅涂层的制备方法，对经打磨抛光清洗干燥后的碳/碳复合材料进行原子氧氧化处理，原子氧氧化处理后碳/碳复合材料表面呈现“绒状”，这些绒状表面可提供大量的形核点，有助于SiC涂层的形核，使其在碳/碳表面形成更加均匀致密的涂层。再利用包埋法在氩气保护的真空炉中在经过原子氧氧化的碳/碳复合材料表面制备碳化硅涂层，制备的SiC涂层晶粒尺寸为1-5μm，传统包埋法制备的SiC涂层晶粒尺寸约20-100μm。相比未经过原子氧氧化处理的试样氧化后，表面出现大量的孔洞和裂纹，孔洞尺寸约20μm-500μm。而经过原子氧氧化处理的试样氧化后，表面孔洞较少，孔洞尺寸约20μm-110μm，且表面形成的玻璃态较连续，能够有效保护C/C复合材料。CN106083207ACN106083207A权利要求书1/1页1.一种碳/碳复合材料表面晶粒细小碳化硅涂层的制备方法，其特征在于步骤如下：步骤1、原子氧氧化处理C/C复合材料：将C/C复合材料放入同轴源原子氧地面模拟试验装置中,以原子氧能量5-8eV，通量密度1.0×1014-1.0×1016atom/(cm2·s)，进行原子氧氧化处理2-10h；步骤2、在经过原子氧氧化处理后的C/C复合材料表面制备SiC涂层：将原子氧氧化处理后的C/C复合材料包埋于石墨坩埚的混合粉料中，然后将石墨坩埚放入立式真空炉中，通入氩气作为保护气氛，立式真空炉的升温速度控制为6-25℃/min，将炉温升至1950-2250℃时保温1-2h，随后关闭电源，随炉冷却将至室温；所述混合粉料为：质量百分比为65-83％的硅粉、10-35％的碳粉和5-13％的氧化铝粉；步骤3：将经处理后的碳/碳复合材料取出，采用无水乙醇在超声波中清洗即在碳/碳复合材料表面得到1-5μm的晶粒细小的SiC涂层。2.根据权利要求1所述碳/碳复合材料表面晶粒细小碳化硅涂层的制备方法，其特征在于：所述C/C复合材料进行原子氧氧化处理前先打磨抛光并清洗干燥。3.根据权利要求1所述碳/碳复合材料表面晶粒细小碳化硅涂层的制备方法，其特征在于：所述混合粉料的制备为：将质量百分比为65-83％的硅粉、10-35％的碳粉和5-13％的氧化铝粉置于松脂球磨罐中，取玛瑙球放入球磨罐中，球磨混合处理2-4h，在60～80℃干燥箱中干燥12-24h。2CN106083207A说明书1/5页一种碳/碳复合材料表面晶粒细小碳化硅涂层的制备方法技术领域[0001]本发明属于涂层的制备方法，尤其涉及一种碳/碳复合材料表面晶粒细小碳化硅涂层的制备方法。背景技术[0002]碳/碳复合材料具有密度低、高比强度、高比模量、耐烧蚀、耐腐蚀、热膨胀系数低、摩擦系数稳定、导热导电性能好等特性。尤其是其强度在高温时随着温度升高不降反升的特性，使其成为目前唯一能够在2000℃以上使用的高温结构复合材料，在作为空天飞行器热防护系统材料使用时，具有其他材料无法比拟的优势。但C/C复合材料存在一个重要的缺点：它的许多优异性能只能在惰性气氛下或者低于450℃的条件下才能保持。否则由于氧化失重会使得C/C复合材料的力学性能明显下降，这在很大程度上限制了其作为高温耐火材料在氧化气氛下的应用。解决高温氧化防护问题成为充分利用C/C复合材料的关键。抗氧化涂层是目前常用的解决高温氧化防护问题的有效方法。由于碳化硅陶瓷材料与C/C复合材料具有较好的物理化学相容性，所以被普遍采用作为碳/碳复合材料基体接触的涂层材料。为了得到均匀致密的碳化硅涂层，目前多采用化学气相沉积法，但化学气相沉积法制备的涂层与碳/碳复合材料基体的结合力较差。而现有的包埋法制备的碳化硅涂层晶粒尺寸较大，约为20-100μm，颗粒呈相切或者十字相交的方式生长，晶粒之间的孔隙较大。[0003]在利用包埋法制取碳化硅涂层时由于受诸多因素(粉料配比、温度、反应时间、基体材料性质等)对反应和扩散程度的影响，要制备出致密、均匀的涂层较为困难。为了提高涂层的致密度通常会添加一定量的金属氧化物或者添加某种化合物，这种化合物在氧化后会生成一定的氧化物，且这种氧化物能够改善涂层与碳/碳