一种碳化硅复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料的，具体涉及一种碳化硅复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、在碳基体上化学沉积sic涂层时，所沉积的涂层在使用过程中不可避免地有裂纹生成；高纯碳基体一般都较为平整致密，在cvd沉积过程中，反应产物不能很好的沉积到碳基体表面；而且由于sic涂层与碳基体存在一定的晶格参数失配等问题，导致二者结合力差。

2、因此，亟需研发一种碳化硅复合材料使其碳基体和sic涂层有较好的结合力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种碳化硅复合材料及其制备方法。本发明通过使碳基体上沉积的碳化硅内涂层的碳含量沿远离碳基体的方向逐渐减少，从而有利于提高碳基体与碳化硅复合涂层之间的结合力。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种碳化硅复合材料，所述碳化硅复合材料包括碳基体及沉积于所述碳基体表面的碳化硅复合涂层，所述碳化硅复合涂层包括至少两层碳含量不同的碳化硅内涂层和至少一层碳含量基本不变的碳化硅外涂层；所述碳化硅复合涂层中，碳化硅内涂层的碳含量沿远离碳基体的方向逐渐减少，所述碳化硅内涂层中c/si摩尔比为（1-2.5）:1，所述碳化硅外涂层中c/si摩尔比为（0.9-1.1）:1。

3、优选地，所述碳化硅内涂层的总厚度为10µm-50µm，所述碳化硅外涂层的厚度为60µm-150µm。

4、优选地，所述碳化硅复合材料中碳基体与碳化硅复合涂层之间的结合力为17mpa-35mpa。

5、优选地，所述碳基体的热膨胀系数为4-6（10-6/℃），所述碳化硅复合涂层的热膨胀系数为2-4（10-6/℃）。

6、优选地，所述碳基体的晶格常数为0.2nm-0.4nm，所述碳化硅复合涂层的晶格常数为0.3nm-1.5nm。

7、本发明第二方面提供了一种制备第一方面所述的碳化硅复合材料的方法，所述方法包括：

8、（1）选择碳基体，将碳基体进行氧化预处理；

9、（2）将预处理后的碳基体放置于cvd沉积设备中，向cvd沉积设备中通入碳硅气源和氢气，调节碳硅气源和氢气的流量比，在碳基体上形成至少两层碳含量不同的碳化硅内涂层和至少一层碳含量基本不变的碳化硅外涂层；

10、所述碳硅气源的体积分数沿碳化硅内涂层沉积的方向逐渐减小。

11、本发明采用上述技术方案具有以下有益效果：

12、（1）本发明通过调控碳硅气源和氢气的流量比在碳基体上形成至少两层碳含量不同的碳化硅内涂层和至少一层碳含量基本不变的碳化硅外涂层，并使碳化硅内涂层的碳含量沿远离碳基体的方向逐渐减少，在一定程度上解决了碳基体与碳化硅复合涂层晶格参数及热膨胀系数不匹配的问题，提高了碳基体与碳化硅复合涂层之间的结合力。

13、（2）本发明通过对碳基体进行氧化，使碳基体的表面形成裂纹和孔洞，增加碳基体的孔隙率，从而能够使碳化硅渗入碳基体的裂纹和孔洞中，有利于碳基体和碳化硅复合涂层在界面结合处形成镶嵌结构，提高结合能力。

14、（3）本发明不需要改变温度和压力，仅通过控制碳硅气源和氢气的流量比即可在碳基体表面形成不同碳含量的碳化硅涂层，工艺简单易操作，且温度没有进行改变，有利于形成均匀稳定的碳化硅复合涂层。

15、在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本文中，在没有特别说明的情况下，数据范围均包括端点。

技术特征：

1.一种碳化硅复合材料，其特征在于，所述碳化硅复合材料包括碳基体及沉积于所述碳基体表面的碳化硅复合涂层，所述碳化硅复合涂层包括至少两层碳含量不同的碳化硅内涂层和至少一层碳含量基本不变的碳化硅外涂层；所述碳化硅复合涂层中，碳化硅内涂层的碳含量沿远离碳基体的方向逐渐减少，所述碳化硅内涂层中c/si摩尔比为（1-2.5）:1，所述碳化硅外涂层中c/si摩尔比为（0.9-1.1）:1。

2.根据权利要求1所述的碳化硅复合材料，其特征在于，所述碳化硅内涂层的总厚度为10µm-50µm，所述碳化硅外涂层的厚度为60µm-150µm。

3.根据权利要求1所述的碳化硅复合材料，其特征在于，所述碳化硅复合涂层包括四层碳化硅内涂层和一层碳化硅外涂层，所述四层碳化硅内涂层设置于所述碳基体表面与所述碳化硅外涂层之间；

4.根据权利要求3所述的碳化硅复合材料，其特征在于，所述第一碳化硅内涂层和所述第二碳化硅内涂层的厚度独立地为1µm-10µm；和/或，

5.根据权利要求4所述的碳化硅复合材料，其特征在于，所述第一碳化硅内涂层中c/si摩尔比为（1.8-2.5）:1；

6.根据权利要求1所述的碳化硅复合材料，其特征在于，所述碳化硅复合材料中碳基体与碳化硅复合涂层之间的结合力为17mpa-35mpa；和/或，

7.一种制备权利要求1-6任一项所述的碳化硅复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括：所述步骤（1）中氧化预处理的条件包括：氧气流量为5l/min-60l/min，氧气处理时间为5min-120min，氧气处理温度为600℃-1200℃；和/或，

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述cvd沉积的条件包括：沉积温度为900℃-1500℃，沉积压力为8kpa-12kpa；和/或，

10.根据权利要求7-9任一项所述的方法，其特征在于，所述碳硅气源包括甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷、甲基氯硅烷、二甲基氯硅烷或三氯甲基硅烷中的至少一种。

技术总结本发明涉及复合材料领域，提供了一种碳化硅复合材料及其制备方法。所述碳化硅复合材料包括碳基体及沉积于所述碳基体表面的碳化硅复合涂层，所述碳化硅复合涂层包括至少两层碳含量不同的碳化硅内涂层和至少一层碳含量基本不变的碳化硅外涂层；所述碳化硅复合涂层中，碳化硅内涂层的碳含量沿远离碳基体的方向逐渐减少，所述碳化硅内涂层中C/Si摩尔比为（1‑2.5）:1，所述碳化硅外涂层中C/Si摩尔比为（0.9‑1.1）:1。本发明提供的碳化硅复合材料的碳基体与碳化硅复合涂层之间有较好的结合力。技术研发人员：廖家豪,彭雅利,柴攀,万强受保护的技术使用者：湖南德智新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5