[发明专利]一种激光辐照快速制备碳材料表面抗氧化纳米SiC涂层的方法

说明书

本发明提供一种激光辐照快速制备碳材料表面抗氧化纳米SiC涂层的方法，步骤为：制备预处理碳材料基板；制备涂覆预制涂层：将SiC微粉、粘结剂和有机溶剂按照2：0.1～1：1～4的比例混合后，经研磨、超声分散、磁力搅拌形成均匀的料浆，将该料浆均匀涂刷在碳材料基板表面，形成预制涂层，然后进行烘干处理；在气氛保护装置中洗气；激光处理：打开激光制造系统，以SiC颗粒与碳材料物性参数为参考值，选取激光工艺参数对涂覆有预制涂层的碳材料基板进行激光辐照，与传统技术相比，本发明提供的方法效率更高，工艺控制简单，环保性好。

技术领域

本发明属于激光辐照制备涂层技术领域，具体涉及一种激光辐照快速制备碳材料表面抗氧化纳米SiC涂层的方法。

背景技术

碳材料具备低密度、低热膨胀系数、高气化温度、高热导率和良好的抗热烧蚀及抗热震性能，是一种优异的热结构-功能一体化工程材料，广泛应用在航空航天、民用等领域。但是研究表明：碳材料在450℃以上高温有氧环境下就开始逐渐氧化，且氧化速率随温度的升高而快速增加，受氧化的碳材料的力学性能会大幅下降。然而实际应用中，碳材料所处的环境通常是高温有氧的情况，这极大的限制了其应用范围。

SiC具有优异的物理化学性能,如熔点高、硬度高、耐腐蚀、抗氧化、断裂韧性低、热膨胀系数低等,且与碳材料的热膨胀系数差异较小，两者具有良好的物理化学相容性。将SiC应用在复合材料的表面形成涂层结构可有效提升复合材料的高温抗氧化性能。传统抗氧化涂层的制备方法主要是利用难熔氧化物、碳化物、氮化物和高熔点金属等材料，通过包埋浸渍法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、原位生成法、表面快速烧结法和等离子喷涂法等在碳材料表面制备致密的抗氧化涂层，来阻止、延缓碳材料氧化反应传质过程的发生。然而，上述这些工艺的制备条件大都比较苛刻，如存在需添加催化剂、制备温度较高且较难控制、制备周期往往需要4小时以上、污染环境等问题。

激光作为一种清洁的能源，具有可控性好、可重复性好、清洁无污染等特点，使得其成为制备纳米涂层的重要研究方向之一。以激光辐照制备涂层是指首先在放置于工作台上的基体表面铺一层粉末，然后在计算机控制下沿二维轨迹采用激光束辐照，使预置的微米颗粒瞬间气化，在密闭室内与惰性气体快速达到过饱和状态，随着激光扫描的进行，先前扫描区域的温度瞬时降低，使气化的饱和碳化硅沉积在碳材料表面形成纳米涂层。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的关键性技术问题是提供一种新型的激光辐照SiC颗粒快速制备碳材料表面纳米SiC涂层的方法，它可以有效抑制碳材料在高温环境中的氧化行为，且可以避免传统的SiC涂层制备工艺条件苛刻，如需添加催化剂、制备温度较高且较难控制、制备周期往往需要4小时以上、污染环境等问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种激光辐照微米SiC颗粒快速制备碳材料表面纳米SiC涂层的方法，包括如下步骤：

(1)制备并预处理碳材料基板：将碳材料基体表面用SiC砂纸打磨后在去离子水中超声清洗，进行烘干处理；

(2)预置涂层的制备：将涂层主要原料SiC微粉、粘结剂和有机溶剂按照2：0.1～1：1～4的比例混合后，经研磨、超声分散、磁力搅拌形成均匀的料浆。采用涂刷法在碳材料基板表面形成均匀的预涂层，涂粉厚度约为0.3～0.5mm，再进行烘干处理；

(3)外加气氛保护装置及洗气：将涂覆有涂层浆料的碳材料基板置于上端具有激光可透过视窗的气氛保护装置工作台上，通入惰性保护气体，充换气2～3次以完成洗气并保持保护气流通状态。

(4)激光处理：打开激光制造系统，根据SiC颗粒与碳材料物性转变参数为参考值，初步选取激光工艺参数对涂层进行激光辐照。