[发明专利]具有环境热障涂层MTaO4

说明书

本发明涉及复合材料技术领域，具体公开了具有环境热障涂层MTaO₄的石墨基复合材料及其制备方法，称取单晶硅、氧化铝、氢氧化铝、磷酸二氢铝和氧化钙，与无水乙醇一起进行球磨，混合均匀后与石墨基体一起放入烘箱中恒温浸泡，待干燥后进行煅烧，使石墨基体表面形成过渡层；采用大气等离子喷涂的方法将MTaO₄粉末喷涂到过渡层表面，形成表面喷涂有MTaO₄陶瓷涂层的石墨基复合材料。本发明得到的石墨基复合材料热导率在0.60～0.83W·m^‑1·K^‑1之间，满足超高温(2000℃)以上的使用环境，过渡层的制备加强了涂层与基体的结合强度，提高了涂层的力学性能和使用寿命。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及具有环境热障涂层MTaO₄的石墨基复合材料及其制备方法。

背景技术

环境障碍涂层(Environment barrier coating，EBC)能够解决构件在燃气环境中长时间腐蚀和氧化的问题，是目前航空发动机材料研究的热点，随着我国航空航天事业的不断进步和发展，高推重比发动机已成为航空发动机发展的重点。高推重比发动机的核心技术是提高涡轮前进口温度和减小结构质量，然而，传统的高温合金材料不仅质量大，耐温极限有限，越来越难以满足更高要求的航空发动机。

石墨具有优良的导热、导电、耐腐蚀等物理化学属性，是我国重要的矿产战略资源，广泛应用于钢铁冶炼、航空、航天等多个领域，目前主要作为冶金工业高级耐火涂料的原材料，也作为生产形状简单、低附加值石墨制成品如镁碳砖、石墨坩埚、石墨器皿、石墨密封垫等。然而，石墨件内部疏松多孔，致密度不佳，在高于500℃，有氧条件下容易氧化，且温度越高氧化质量损失越明显，使其迅速烧损，各项物理及力学性能迅速恶化，尺寸发生变化，表面结构遭受破坏，从而难以作为耐高温材料直接使用。目前，高温抗氧化研究主要针对是人造石墨，提升人造石墨高温抗氧化能力的工艺方法主要有基体改性、浸渍法和涂层防护法。

朱泮民等采用浸渍法将磷酸和氢氧化铝的混合液浸渍到石墨电极中，在1000℃氧化质量损失率仅有4.5％。涂层保护法是在石墨材料表面制备一层抗氧化涂层，利用这层抗氧化涂层将空气和石墨基体隔离，以阻挡氧气向基体中扩散，从而使石墨材料具有一定的高温热稳定性；Wang采用充填胶结法在石墨试样上制备了ZrB₂-SiC复合涂层，在1500℃经过300min 氧化后，试样质量损失率达到了20.2％；Jafari等采用包埋法和电泳沉积法在石墨基体表面制备了双层SiC涂层，并且在1600℃保温28h质量损失率仅有2.4％。吴海华等人报道了选择性激光烧结石墨件的抗氧化性能，通过改变石墨/酚醛树脂混合粉末的组成以及石墨件后处理工艺来提高其高温抗氧化性能，并考察了石墨件在900～1100℃的抗氧化性能。中国专利CN110950681A公开了一种石墨抗氧化涂层的制备方法，获得可耐1400～1800℃的抗氧化涂层，中国专利CN201811361451.2公开了一种石墨抗氧化材料及石墨材料及制备方法，制备出一种1800℃耐高温抗氧化石墨复合新材料，但是对更高温度，特别是2000℃以上的超高温抗氧化耐烧蚀性还急需更多的研究。

发明内容

本发明提供了具有环境热障涂层MTaO₄的石墨基复合材料及其制备方法，以得到能够在2000℃以上超高温具备良好耐烧蚀能力的复合材料。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

具有环境热障涂层MTaO₄的石墨基复合材料，包括石墨基体，其特征在于：所述石墨基体上依次设有过渡层和MTaO₄陶瓷涂层，所述过渡层的成分包括碳化硅、氧化铝、氢氧化铝、磷酸二氢铝和铝硅酸盐。

本技术方案的技术原理和效果在于：