一种强结合抗烧蚀高熵陶瓷涂层及其制备方法

本发明属于高熵陶瓷涂层，涉及一种强结合抗烧蚀高熵陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术：

1、高超声速飞行器飞行过程产生的气动热会导致鼻锥、机翼前缘等部件表面的温度升高至2000℃以上，需要采用超高温材料进行有效的热防护。碳基体材料(c/c复合材料或石墨基体)是目前应用最广泛的一种耐高温结构复合材料，但是，碳在高温环境中会发生氧化损伤，导致碳基体材料各项物化性能迅速下降，在碳基体材料表面制备抗烧蚀陶瓷涂层是最有效的方案。

2、碳基体材料具有高熔点，抗烧蚀陶瓷涂层与基体间形成的机械结合强度较低，在高温、高载冲击条件下易产生热应力并出现剥落。因此，如何提高抗烧蚀涂层的界面结合力从而延长其在极端工作环境下的服役寿命，是当前研究的重点之一。此外，陶瓷涂层高温抗烧蚀性能中最需要注意的就是高温热稳定性，单相结构陶瓷涂层与基体在高温状态下由于相转变导致内应力过大会影响涂层的结合能力。多组元陶瓷涂层的高温热稳定性来源其共价键特征，单一固溶体相结构的形成使得多组元陶瓷涂层具有优异的高温力学性能。

3、例如，碳/碳复合材料表面(hfzrti)c3中熵碳化物抗烧蚀涂层及制备方法公开了以hfo2粉、zro2粉、tio2粉以及c粉为原料，通过碳热还原反应制备出(hfzrti)c3熵陶瓷粉体，对(hfzrti)c3中熵陶瓷粉体进行喷雾造粒后在c/c复合材料表面进行超音速等离子喷涂制备得到(hfzrti)c3熵陶瓷涂层。该方法在一定程度上提高了涂层的抗烧蚀性能。但其主要缺陷是：制备过程的工艺环节多、周期长；以及涂层孔隙率较高，且涂层与基体间结合强度有待提高。

4、此外，一种单相结构(crzrvtial)n高熵陶瓷涂层及其制备方法公开了cr、zr、v、ti、al为等摩尔比或接近等摩尔比为原料，通过多弧离子镀在gh4169基底或316l不锈钢基底表面沉积出单相结构的(crzrvtial)n高熵陶瓷涂层。该方法制备的抗烧蚀涂层仅有2-6μm，根本无法承受较长时间的高温烧蚀。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，研究出一种强结合抗烧蚀高熵陶瓷涂层及其制备方法，将tic、zrc、hfc和tac混合，经球磨、压制和烧结制得所述高熵陶瓷涂层，所述tic、zrc、hfc和tac具有有极高的熔点和热稳定性，同时tic、zrc、hfc和tac之间的良好的相容性。特别是采用放电等离子烧结制备所述高熵陶瓷涂层，周期短，且制得的高熵陶瓷涂层与碳基体之间的结合力非常强，有望彻底解决界面相容性与热膨胀系数差异大等问题，从而完成了本发明。

2、具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：

3、一方面，提供一种高熵陶瓷涂层的制备方法，所述方法包括：将tic、zrc、hfc和tac混合，经球磨、压制和烧结制得所述高熵陶瓷涂层。

4、其中，所述原料中还包括(mc)x，其中m＝nb、w、mo、v，x为0或1。

5、其中，各金属碳化物的粉末粒径均为0.5～3μm。

6、其中，球磨时的球磨介质为醇类溶剂。

7、其中，球磨时的球磨介质为无水乙醇。

8、其中，压制的预压压力为10～30mpa。

9、其中，压制的预压时间为10～30min。

10、另一方面，提供第一方面所述方法制得的高熵陶瓷涂层。

11、其中，高熵陶瓷涂层为(ti zr hf ta mx)c系高熵陶瓷涂层，m为nb、w、mo或v，x为0或1。

12、其中，高熵陶瓷涂层的厚度为70～150μm。

13、本发明所具有的有益效果包括：

14、(1)本发明提供的高熵陶瓷涂层的制备方法，将金属碳化物经放电等离子烧结制得，与化学气相沉积方法结合热喷涂法制备抗烧蚀涂层相比，能够克服工艺环节多、制备周期长等问题，有望彻底解决界面相容性与热膨胀系数差异大等问题。

15、(2)本发明提供的高熵陶瓷涂层的制备方法，通过调控(ti zr hf ta mx)c(m为nb、w、mo或v，x为0或1)系高熵陶瓷涂层中成分配比，获得具有不同应用场景的抗氧化烧蚀涂层。

16、(3)本发明提供的高熵陶瓷涂层与碳基体之间的结合力可达到35mpa。

技术特征：

1.一种高熵陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将tic、zrc、hfc和tac混合，经球磨、压制和烧结制得所述高熵陶瓷涂层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，所述原料中还包括(mc)x，其中m＝nb、w、mo、v，x为0或1。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，各金属碳化物的粉末粒径均为0.5～3μm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，球磨时的球磨介质为醇类溶剂。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，球磨时的球磨介质为无水乙醇。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，压制的预压压力为10～30mpa。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，压制的预压时间为10～30min。

8.根据权利要求1至7任一项所述方法制得的高熵陶瓷涂层。

9.根据权利要求8所述的高熵陶瓷涂层，高熵陶瓷涂层为(ti zr hf ta mx)c系高熵陶瓷涂层，m为nb、w、mo或v，x为0或1。

10.根据权利要求8所述的高熵陶瓷涂层，高熵陶瓷涂层的厚度为70～150μm。

技术总结本发明公开了一种强结合抗烧蚀高熵陶瓷涂层及其制备方法，将TiC、ZrC、HfC和TaC混合，经球磨、压制和烧结制得所述高熵陶瓷涂层，所述TiC、ZrC、HfC和TaC具有极高的熔点和热稳定性，同时TiC、ZrC、HfC和TaC之间的良好的相容性。特别是采用放电等离子烧结制备所述高熵陶瓷涂层，周期短，且制得的高熵陶瓷涂层与碳基体之间的结合力非常强，有望彻底解决界面相容性与热膨胀系数差异大等问题。技术研发人员：刘赟姿,陈建,卢帅丹受保护的技术使用者：西安工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5