[发明专利]一种多层界面涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种多层界面涂层及其制备方法和应用，所述多层界面涂层包括依次交替形成在所述基底表面的SiBN涂层和Si₃N₄涂层，所述SiBN涂层的层数n≥1，优选为2～5。

技术领域

本发明涉及一种多层界面涂层及其制备方法和应用，属于陶瓷基复合材料界面相领域。

背景技术

连续纤维增强陶瓷基复合材料主要有C/C、C/SiC和SiC/SiC三大类，其具有低密度、耐化学腐蚀、高比强度、高比模量、优良的热稳定性能，目前在航空、航天、核能等领域应用广泛，相较于前两类复合材料，SiC/SiC复合材料由于采用了SiC纤维作为增强相，其相对于碳纤维拥有良好的抗氧化性能，因此是目前航空领域陶瓷基复合材料所主要采用的增强相，以航空发动机为例，目前采用SiC/SiC复合材料已经应用于发动机的尾喷管密封件及调节片、导向叶片、燃烧室内衬、涡轮外环等部件，这些部位需承受中温中等载荷，甚至承受高温中等载荷。对于处于高温高等载荷的转子叶片等，它所承受的环境更为苛刻，对陶瓷基复合材料的性能也提出了更高的要求。界面相作为陶瓷基复合材料中的重要组元，对于材料的整体性能起着至关重要的作用，所以越来越多的研究工作者将研究重点放在了对界面相组成、结构及制备方面。

界面相在陶瓷基复合材料的使用过程中起着保护纤维免受氧化及化学侵蚀、传递载荷、防止纤维脆性断裂、缓解纤维和基体间热应力等重要作用，目前常用的界面相主要由PyC界面、BN界面、(C/SiC)n复合界面、(BN/SiC)n复合界面等界面，PyC界面由于其特殊的层状晶体结构赋予了其良好的性能，在承受载荷的过程中可以起到裂纹偏转的作用，可以良好的改善复合材料的强度和韧性，然而其在370℃便开始氧化，500℃大量氧化，氧化生成CO挥发掉，造成纤维和基体之间界面相的缺失，使得纤维基体之间结合过强，材料脆性断裂；BN界面作为另一种层状晶体结构材料，可以在更高温度下使用，氧化初始温度可以高达850℃，在干氧环境下，BN可以与氧气反应生成具有粘稠性的B₂O₃液体，具有一定的流动性，可以愈合材料中存在的裂纹和孔隙，阻止氧进一步进入材料内部，避免了材料的失效，提高了材料的使用温度和寿命；同时它还拥有良好的化学惰性，不会与绝大多数物质反应，是一种良好的界面相材料，然而在水氧环境下，BN界面极易水解生成HBO₃、H₃BO₃等气态硼氢化物挥发掉，造成纤维基体间结合过强，材料失效。而(C/SiC)n复合界面和(BN/SiC)n复合界面虽然都可以提高材料的抗氧化性能，但是由于紧邻纤维表面的依然是传统的C、BN界面，所以当空气中的氧通过裂纹扩展到纤维表面时，C、BN界面会和氧气发生反应挥发掉，容易造成界面氧化水解失效，进而导致材料脆性断裂，材料无法长时间稳定的运行在高温潮湿有氧环境条件下。

发明内容

本发明为了克服上述传统单层界面(C、BN)及多层界面((C/SiC)n和(BN/SiC)n)所存在的抗氧化性能差、无法长时间保护材料免受水氧环境侵蚀等问题，制备出一种物理和化学兼容性良好、可应用于大型陶瓷基复合材料构件的(SiBN/Si₃N₄)n多层界面，还相应提供了一种制备工艺简单、可重复性操作、组成成份均匀、材料组成厚度及层数可控的制备方法。

一方面，本发明提供了一种多层界面涂层，包括依次交替形成在所述基底表面的SiBN涂层和Si₃N₄涂层，所述SiBN涂层的层数n≥1，优选为2～5。