[发明专利]SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于炭/炭复合材料表面的涂层，具体涉及一种SiC纳米线增韧ZrB₂-SiC高温抗烧蚀复合涂层及其制备方法。以下简称炭/炭复合材料为C/C复合材料。

背景技术

热结构C/C复合材料因其具有低密度、高比强、高比模、耐高温、耐烧蚀等优良性能，被广泛应用于航空航天领域。但该材料在高于400℃温度条件下的快速氧化大大限制了其作为高温材料的广泛应用。为提高C/C复合材料的抗氧化、抗烧蚀性能，国内外研究学者提出了许多解决方法，而在其表面制备抗氧化烧蚀涂层是一种有效的手段。ZrB₂陶瓷具有熔点高、硬度高、导热性和导电性好、抗蚀性和抗热震性优良、固态相稳定等特点；然而在高温下ZrB₂氧化生成的B₂O₃易挥发，从而加速ZrB₂氧化，使其失去对C/C复合材料抗氧化功能。在ZrB₂陶瓷涂层中加入一定量SiC，在高温下其氧化生成的SiO₂与B₂O₃反应生成硼硅酸盐玻璃，能有效阻挡氧扩散进入C/C基体，因此ZrB₂-SiC超高温陶瓷是C/C复合材料理想的涂层材料。但是由于该超高温陶瓷与C/C复合材料热膨胀系数存在较大差异，该材料应用于C/C复合材料表面后易发生开裂，进而导致涂层的抗氧化烧蚀失效。SiC纳米线具有良好的增韧作用，能够减小涂层的开裂趋势，加入适量SiC纳米线能够提高陶瓷涂层的韧性，进而获得结构致密的陶瓷涂层。

文献1“ZrB₂-SiC coating to protect carbon/carbon composites against ablation.Xu Zou，Qian-gang Fu，Lei Liu，He-jun Li，Yong-jie Wang，Xi-yuan Yao，Zi-bo He.Surface and Coatings Technology，2013，226(2013)：17-21.”公开了一种采用包埋法技术制备ZrB₂-SiC陶瓷涂层的方法。该技术通过制备SiC内涂层在一定程度上缓解了ZrB₂陶瓷涂层与C/C复合材料的热匹配不良的问题，但在冷却的过程中涂层表面仍然有裂纹与孔洞等缺陷，将会降低涂层抗烧蚀性能，如在1700℃，氧乙炔烧蚀40s，线烧蚀率已经达到4.4μm/s。

文献2“Ablation Behavior of ZrB₂-Based Coating Prepared by Supersonic Plasma Spraying for SiC-Coated C/C Composites Under Oxyacetylene Torch.Yao Xi-Yuan，Zhang Yu-Lei，Li Ke-Zhi.Journal of Thermal Spray Technology，2013，22(4)：531-537.”采用了包埋法制备SiC内涂层，然后用等离子喷涂法制备ZrB₂-SiC外涂层。该涂层在2000℃左右的氧乙炔烧蚀环境下，尽管涂层抗烧蚀性能较好，但是ZrB₂与SiC热膨胀系数有差异，在高温环境下涂层易开裂、剥落，涂层在更高温度长时间氧化及烧蚀过程中性能较差。

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SiC纳米线增韧ZrB₂-SiC高温抗烧蚀复合涂层及其制备方法，采用化学气相沉积工艺在ZrB₂-SiC陶瓷涂层中引入SiC纳米线，可减少涂层在热震过程中出现的裂纹，提高涂层的结构致密性，进而可提高涂层的抗氧化烧蚀性能。

技术方案

一种SiC纳米线增韧ZrB₂-SiC高温抗烧蚀复合涂层，其特征在于包括内涂层和外涂层；所述内涂层为SiC，外涂层为SiC纳米线增韧ZrB₂-SiC复合涂层。

一种SiC纳米线增韧ZrB₂-SiC高温抗烧蚀复合涂层的制备方法，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，在65～80℃烘干温度下烘干；

步骤2：制备SiC内涂层