[发明专利]一种珠串状纳米线增韧增强陶瓷涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳/碳（C/C）复合材料表面陶瓷涂层的制备方法，特别是涉及一种珠串状纳米线增韧增强陶瓷涂层的制备方法，

背景技术

高温易氧化是C/C复合材料作为热结构材料在实际应用中最难突破的瓶颈问题。涂层技术是解决该问题的有效手段。其中，陶瓷涂层是目前研究最为深入、发展最成熟的防氧化涂层体系。然而，在实际的应用过程中，由于涂层与C/C基体之间的热膨胀系数不匹配易导致涂层在高低温交变过程中开裂，进而降低其防氧化能力。为了缓解了陶瓷涂层的开裂趋势，纳米线增韧陶瓷涂层技术引起了研究人员的极大关注。

文献“Oxidation protection of SiC-coated C/C composites by SiC nanowire-toughened CrSi₂-SiC-Si coating,Chu Yanhui,Li Hejun,Fu Qiangang,Qi Lehua,Wei bingbo.Corros.Sci.2012(55):394-400”介绍了一种采用包埋浸渗法和化学气相沉积法相结合在C/C复合材料表面制备出具有传统形貌的SiC纳米线增韧增强的Si-Cr陶瓷涂层，即第一步在C/C复合材料表面采用包埋浸渗法制备SiC内涂层；第二步采用化学气相沉积法在SiC内涂层表面制备具有传统形貌的SiC纳米线多孔层。第三步采用包埋浸渗法将Si-Cr陶瓷填充于制备的纳米线多孔层中。该方法尽管在一定程度上缓解了涂层在高低温交变过程中的开裂趋势，提高了涂层对C/C复合材料的防氧化保护。但由于采用化学气相沉积法制备的传统纳米线自身固有的增韧缺陷以及与SiC内涂层之间的结合力不够高，限制了纳米线在涂层中增韧增强的功效，因此，涂层在高低温交变的过程中依然容易开裂，最终导致制备的涂层对C/C复合材料的防氧化能力并不是很理想。研究结果表明：涂层试样在1500°C的静态空气中等温氧化40h后就已经失重。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种珠串状纳米线增韧增强陶瓷涂层的制备方法，

技术方案

一种珠串状纳米线增韧增强陶瓷涂层的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将C/C复合材料打磨抛光后清洗，放入烘箱中烘干；

步骤2：称取质量百分比为60～85%的Si粉，5～15%的SiC粉，7～15%的C粉和3～10%的Al₂O₃粉，置于球磨罐中，球磨混合处理2～4h得到混合的粉料；

步骤3：将1/2粉料放入石墨坩埚中，再放入C/C复合材料，再放入另外的1/2粉料将C/C复合材料覆盖；

步骤4：将石墨坩埚放入高温反应烧结炉中，以5～10°C/min升温速度将炉温从室温升至2000～2200°C，保温1～3h，随后关闭电源自然冷却至室温，全程Ar气保护，得到带有SiC-Si内涂层的C/C复合材料；

步骤5：将步骤4得到的带有SiC-Si内涂层的C/C复合材料用酒精清洗干净并干燥后，置于质量百分数为1～3％的二茂铁乙醇溶液中浸润2～4h后烘干；

步骤6：将步骤5得到的含有二茂铁催化剂的SiC-Si内涂层包覆的C/C复合材料用石墨纸包裹后，放入高温反应烧结炉中，以5～10℃/min升温速度将炉温从室温升至1750～1850℃，保温1～3h，随后关闭电源自然冷却至室温，全程Ar气保护，得到带有珠串状SiC纳米线的SiC-Si内涂层包覆的C/C复合材料；

步骤7：称取质量百分比为50～80%的Si粉，5～10%的SiC粉，5～15%的C粉，5～10%的Al₂O₃粉和5～15%的Cr粉，置于球磨罐中，球磨混合处理2～4h得到混合的粉料；

步骤8：将经步骤7制备的1/2粉料放入石墨坩埚中，再放入步骤6得到的带有珠串状SiC纳米线的SiC-Si内涂层包覆的C/C复合材料，再放入经步骤7制备的另外1/2粉料将其覆盖；

步骤9：将石墨坩埚放入高温反应烧结炉中，以5～10°C/min升温速度将炉温从室温升至2100～2300°C，保温1～3h，随后关闭电源自然冷却至室温，全程Ar气保护，得到珠串状SiC纳米线增韧增强Si-Cr陶瓷涂层。

所述的Si粉的纯度为99.5%，粒度为300目。

所述的C粉的纯度为99%，粒度为320目。

所述的SiC粉的纯度为98.5%，粒度为300目。