一种C/C复合材料表面梯度抗氧化涂层的制备方法

本发明涉及c/c复合材料领域领域，具体是一种c/c复合材料表面梯度抗氧化涂层的制备方法。

背景技术：

1、c/c复合材料具有低密度、高强度、高导热性、低膨胀系数等优点，在航空航天等领域有潜在用途。但是c/c复合材料在高温下极易氧化，在高温有氧环境下应用时必须有氧化防护措施。涂层技术是目前应用最广泛、研究最深入的抗氧化防护技术。超高温陶瓷硼化物具有高熔点、高温稳定性等多种优势，是极具潜力的抗氧化涂层体系。

2、在超高温陶瓷硼化物中，zrb2因具有高熔点，高导热系数和低热膨胀系数而备受关注。但zrb2涂层的主要氧化产物之一为b2o3，b2o3的挥发通常会导致涂层的高缺陷结构。sic常被用于改性zrb2涂层。zrb2-sic复合陶瓷涂层的氧化产物是一种粘性更大、挥发性更低的硼硅酸盐玻璃。这种玻璃能在高温下熔融流动形成均匀玻璃膜，有效抑制氧气向涂层内部渗入。玻璃层的形成通常发生在氧化前期并要在一定时间内才能完成，该过程通常伴随着涂层的剧烈氧化，导致涂层本身的大量损耗。这种自损成膜方式必然会缩短涂层的服役寿命。因此，抑制涂层氧化前期的成膜损耗有重要意义。

3、褚洪傲(褚洪傲.放电等离子烧结法制备zrb2-sic涂层及其高阻氧机制研究[d].中国矿业大学,2021.)利用放电等离子法制备了zrb2-sic阻氧涂层，实现了在涂层1700℃下的阻氧防护。尽管涂层高温氧化后在表层自生阻氧玻璃层，能够抵御氧气的腐蚀，但当自生玻璃层的生成势必伴随大量成膜损耗，且玻璃层的生成在高温下生成时仍需一定时效，因而在中温度时无法形成有效的阻氧防护，仅依靠涂层本征结构进行阻氧防护，阻氧效果有限。陈跃星(陈跃星.基于自蔓延燃烧合成的二元过渡族金属硅化物改性zrb2涂层阻氧性能研究[d].中国矿业大学,2023)对tab2-sic涂层进行预氧化成膜处理，在中高温有氧退火下以较低成膜损耗制备出低氧渗透率的ta-b-si-o多相玻璃层，但在成膜过程中仍然存在较低的自损，这势必劣化涂层结构。因此，迫切需要一种涂层制备技术解决现有技术中存在成膜自损、劣化涂层结构等问题，提升涂层防护效果以及防护时效。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种c/c复合材料表面梯度抗氧化涂层的制备方法，具体为一种c@zrb2-sic@cg涂层的无损成膜方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

2、(1)按照摩尔配比，利用放电等离子烧结法制备c@zrb2-sic内涂层；

3、(2)将硼硅玻璃与纳米zro2粉体混合进硅溶胶中，通过机械混合形成浆料并涂刷在c@zrb2-sic内涂层上，重复涂刷3次后放入烘箱预干燥；

4、(3)将预干燥后的样品放入管式炉在真空环境下按预设程序进行无损成膜处理，处理结束后冷却至室温得到c@zrb2-sic@cg涂层。

5、优选地，所述步骤(1)中，采用商业zrb2粉体和商业sic粉体为原料制备c@zrb2-sic内涂层，商业zrb2粉体和商业sic粉体的体积比为60vol％zrb2-40vol％sic。

6、优选地，所述步骤(2)中，硼硅玻璃与纳米zro2粉体的质量比比例范围为95:5～85:15。

7、优选地，所述步骤(3)中，无损成膜处理时长为5～6h。

8、优选地，所述步骤(3)中，无损成膜处理温度范围为1200～1300℃。

9、本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

10、(1)本发明采用的无损成膜手段，工艺简单，设备要求低，保证了涂层样品的制备周期，而且克服了抗氧化涂层成膜自损的问题；从根本上避免了涂层成膜损耗，提升了涂层的防护效果。

11、(2)作为一种有效的涂层制备方法，本发明c@zrb2-sic@cg涂层利用无损成膜技术，较常规抗氧化涂层防护技术以及现有预氧化成膜技术，避免了成膜自损，有效防止氧化自损造成的涂层结构劣化，避免了本征结构中氧气扩散通道的形成，提高了涂层的防护时效。

12、总之，本发明克服了常规抗氧化涂层防护技术以及现有预氧化成膜技术中存在成膜自损、劣化涂层结构等问题，具有工艺简单、适用性强、无损成膜、抗氧化防护效果显著的特点；从根本上避免了涂层成膜损耗引，提升了涂层的防护效果，有效防止氧化自损造成的涂层结构劣化，避免了本征结构中氧气扩散通道的形成，提高了涂层的防护时效。

技术特征：

1.一种c/c复合材料表面梯度抗氧化涂层的制备方法，具体为c@zrb2-sic@cg涂层的无损成膜方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种c/c复合材料表面梯度抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采用商业zrb2粉体和商业sic粉体为原料制备c@zrb2-sic内涂层，商业zrb2粉体和商业sic粉体的体积比为60vol％zrb2-40vol％sic。

3.根据权利要求1所述的一种c/c复合材料表面梯度抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，硼硅玻璃与纳米zro2粉体的质量比比例范围为95:5～85:15。

4.根据权利要求1所述的一种c/c复合材料表面梯度抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，无损成膜处理时长为5～6h。

5.根据权利要求1所述的一种c/c复合材料表面梯度抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，无损成膜处理温度范围为1200～1300℃。

技术总结本发明公开了一种C/C复合材料表面梯度抗氧化涂层的制备方法，首先，利用放电等离子烧结法制备C@ZrB<subgt;2</subgt;‑SiC内涂层；其次，将硼硅玻璃与纳米ZrO<subgt;2</subgt;粉体混合进硅溶胶中，通过机械混合形成浆料并涂刷在C@ZrB<subgt;2</subgt;‑SiC内涂层上，重复涂刷3次后放入烘箱预干燥；最后，将预干燥后的样品放入管式炉在真空环境下按预设程序进行无损成膜处理，处理结束后冷却至室温得到C@ZrB<subgt;2</subgt;‑SiC@CG涂层；本发明克服了常规抗氧化涂层防护技术以及现有预氧化成膜技术中存在成膜自损、劣化涂层结构等问题，工艺简单、适用性强、无损成膜、抗氧化防护效果显著，避免了涂层成膜损耗引，提升了涂层的防护效果，有效防止氧化自损造成的涂层结构劣化，避免了本征结构中氧气扩散通道的形成，提高了涂层的防护时效。技术研发人员：吉祥,任宣儒,姜朝,王佩佩,陈跃星,张盟林,张生,朱辰喆,王晓辉,刘慧群,王坤,张友奎受保护的技术使用者：河南省科学院碳基复合材料研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/2