[发明专利]在碳/碳复合材料表面制备碳化硅-焦硅酸镱复合涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在碳/碳复合材料表面制备复合涂层的方法，特别涉及一种在碳/ 碳复合材料表面制备SiC-Yb₂Si₂O₇复合涂层的方法。

背景技术

硅酸镱具有优异的高温稳定性及环境耐久性，是碳/碳复合材料极具潜力的防护材 料。硅酸镱包括单硅酸镱(Yb₂SiO₅)及焦硅酸镱(Yb₂Si₂O₇)。文献“C_f/SiC复合材 料SiC/Yb₂SiO₅抗氧化复合涂层研究.温海明，董绍明，丁玉生等.稀有金属材料与工 程，2009，38(9)：1580-1583”公开了一种采用浆料浸涂法在C_f/SiC复合材料SiC涂层 表面制备Yb₂SiO₅涂层的方法。该方法制备的Yb₂SiO₅涂层，不均匀、致密度低、结 合力差，且其在1500℃静态空气中有效保护基体的时间仅为25小时。

发明内容

为了克服现有技术方法制备的SiC/Yb₂SiO₅高温抗氧化复合涂层防氧化时间短的 不足，本发明提供一种在碳/碳复合材料表面制备SiC-Yb₂Si₂O₇复合涂层的方法，采用 包埋法制备SiC内涂层，超音速等离子喷涂法制备Yb₂Si₂O₇外涂层的方法，可以提高 碳/碳复合材料的高温抗氧化性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种在碳/碳复合材料表面制备 SiC-Yb₂Si₂O₇复合涂层的方法，其特点是包括下述步骤：

(a)将碳/碳复合材料打磨抛光，在无水乙醇中超声清洗20～40min后，110～130℃ 烘干；

(b)分别称取为65～85％的Si粉，10～25％的C粉，5～10％的Al₂O₃粉，置于 球磨罐中，混合、球磨处理1～3h，制成包埋粉料；取所述包埋粉料的一半放入石墨 坩埚，放入经步骤(a)处理的碳/碳复合材料，再放入另一半包埋粉料覆盖，加上石 墨坩埚盖；将石墨坩埚放入立式真空炉中，抽真空后，以5～10℃/min升温速度将炉 温升至1900～2300℃，保温1～3h，关闭电源自然降温，整个过程通氩气保护，氩气 流量是1～3L/min，得到带SiC内涂层的碳/碳复合材料；

(c)将Yb₂O₃粉与SiO₂粉按Yb₂O₃∶SiO₂(mol％)＝1∶2配料进行球磨混合，其中 SiO₂粉过量24～30％，混合料装入Al₂O₃坩埚中，将Al₂O₃坩埚放入马弗炉中，升温 至1500～1600℃，保温10～15h后取出，球磨30～120min、并过300目筛，制得Yb₂Si₂O₇粉料；

(d)采用超音速等离子喷涂设备将Yb₂Si₂O₇粉料喷涂到带SiC内涂层的碳/碳复 合材料表面，超音速等离子体发生器以氢气和氩气为工作气体，其中氩气流量为78.6～ 92.2L/min，氢气流量为19.2～32.1L/min，工作电压为109～134V，工作电流为400～ 428A，喷枪口到基底材料的距离为60～80mm；喷涂完成后放入马弗炉，升温至1450～ 1550℃，保温4～8h后取出，即在碳/碳复合材料表面制得SiC-Yb₂Si₂O₇复合涂层。