[发明专利]C/C复合材料表面抗氧化ZrSi2

说明书

本发明涉及一种C/C复合材料表面长时间抗氧化ZrSi₂‑Y₂O₃/SiC复合涂层及制备方法，采用包埋法和SAPS两步法制备了SiC内涂层和ZrSi₂‑Y₂O₃复合陶瓷外涂层。采用包埋和超音速等离子喷涂(以下简称SAPS)两步法制备SiC内涂层和ZrSi₂‑Y₂O₃复合外涂层。其特征在于外涂层的成分质量百分比组成为：70％～95％ZrSi₂，5％～30％Y₂O₃。所制备抗氧化涂层在1500℃时，ZrSi₂产生的SiO₂流动玻璃相能够愈合涂层微裂纹，且添加Y₂O₃后，与ZrO₂发生反应形成固溶体，减缓SiO₂玻璃相的挥发，制备的涂层致密性良好，在1500℃高温静态氧化150～280h后涂层保持增重。

技术领域

本发明属于涂层制备技术，涉及一种C/C复合材料表面长时间抗氧化 ZrSi₂-Y₂O₃/SiC复合涂层及制备方法。

背景技术

C/C复合材料具备优异的力学性能，成为最理想的高温热结构材料，但是其在高温有氧环境中易于氧化的问题限制了它的应用范围，采用外部涂层技术成为最有效的方法。SAPS技术是近几年发展起来高效制备涂层方法之一，其等离子弧温度可达10000℃，可以制备超高及高熔点陶瓷涂层，且制备的涂层界面结合力高，但是其制备的涂层中会出现少量裂纹和孔隙。目前外部涂层主要以硅基相陶瓷在高温下氧化产生的玻璃相SiO₂能够愈合涂层微裂纹和微孔来提高氧化性能，但是玻璃相SiO₂在1500℃下会产生挥发现象，加之涂层中裂纹在高温下会发生扩展，产生的SiO₂玻璃相有限，无法愈合涂层所有微裂纹和孔隙，从而为氧气提供通道，最终导致涂层氧化性能失效。目前采用的SAPS法制备的抗氧化涂层在1500℃下的抗氧化性能依然不理想。

文献1“A ZrB2–SiC/SiC oxidation protective dual-layer coating forcarbon/carbon composites,Shanbao Zhou,Yushi Qi,Peng Wang,Yehong Cheng andWenbo Han, Advances in Applied Ceramics,2017:1-6.”中指出ZrB2-SiC涂层在1500℃氧化时间为18h 涂层失重1.8％，涂层中产生的氧化产物SiO₂一部分挥发，另一部分和氧化产物ZrO₂发生反应生成ZrSiO₄,ZrSiO₄能够有效提高涂层抗氧化性能，但是由于涂层SiO₂含量的不断降低，最终涂层中产生的裂纹和孔隙难以愈合导致失效。

文献2“Oxidation resistance of a La–Mo–Si–O–C coating prepared bySupersonic Atmosphere Plasma Spraying on the surface of SiC-coated C/Ccomposites,Xiaohong Shi, Changcong Wang,Hongjiao Lin,Caixia Huo,Xiuxiu Jin,Guoge Shi,Kaiyuan Dong. SurfaceCoatings Technology,2016,300:10-18.”中指出采用SAPA法制备的涂层氧化体系具有一定的抗氧化性能，在1500℃静态氧化85h失重为5.12％，失效原因主要是由于涂层中无法愈合的裂纹和孔隙为氧气提供了通道，导致氧化时间较短。

因此，采用SAPS法制备C/C复合材料长时间抗氧化涂层已成为难以突破的问题。

发明内容

要解决的技术问题