[发明专利]一种稳定性能优异的(Ta,Hf,Zr)C复合涂层的制备方法

说明书

本发明涉及一种稳定性能优异的(Ta,Hf,Zr)C复合涂层的制备方法，其依次包括以下步骤：（1）在氩气保护手套箱内，配制并盛装TaCl₅、HfCl₄和ZrCl₄混合粉末；（2）将基体样品放在沉积炉内，排除空气，再升温；（3）双温区气化炉放入混合粉末，设定低、高温区的加热温度；（4）通入H₂、CH₄，以及完全气化后的混合气体，在常压条件下沉积；（5）沉积完成后，关闭H₂、CH_4，以及沉积炉和双温区气化炉，降温取出样品。该制备方法能够精确控制反应源比例，且能保证与基体材料结合紧密牢固、稳定性能优异，适用于石墨、碳‑碳复合材料等超高温防护。

本申请是针对申请号为201910242863.2、发明名称为“一种多元复合碳化物涂层的制备方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及C/C复合材料和石墨等材料的表面超高温防护，尤其涉及一种稳定性能优异的(Ta,Hf,Zr)C复合涂层的制备方法。

背景技术

目前，国内外广泛采用在C/C复合材料表面制备碳化物涂层，来提高C/C复合材料的抗高温烧蚀性能。例如，制备SiC、TaC、HfC等单一涂层，这些涂层具有较好的耐高温特性，且各种耐高温涂层材料都有不同的优点，但均适合用于2000度以下的高温；以及制备 (Ta,Hf)C、(Hf,Zr)C等复相涂层，适合用于3000度以下的高温。复相涂层通过合理的成分设计，可使涂层内的各物相组元发挥协同作用，有效提高C/C复合材料的使用温度。作为制备复相涂层的重要手段，化学气相沉积技术具有可设计性强、涂层纯度高、反应气氛可控、操作简单等优点。目前，采用化学气相沉积方法制备三组元及以上复合涂层，进一步提高涂层抗烧蚀防护能力，成为超高温陶瓷涂层的研究热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定性能优异的(Ta,Hf,Zr)C复合涂层的制备方法，该制备方法能够精确控制反应源比例，且能保证与基体材料结合紧密牢固、稳定性能优异，适用于石墨、碳-碳复合材料等超高温防护。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种稳定性能优异的(Ta,Hf,Zr)C复合涂层的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

（1）在氩气保护手套箱内，将TaCl₅、HfCl₄和ZrCl₄混合粉末，盛装入氧化铝坩埚内；其中TaCl₅、HfCl₄和ZrCl₄按质量百分比分别为55%、35%和10%配制；

（2）将基体样品放置在沉积炉支架上，并向沉积炉内通入流量为200ml/min的氩气30min，以排除炉内空气；再以5～20℃/min的升温速率加热沉积炉达到沉积温度1300℃；

（3）将盛有TaCl₅、HfCl₄和ZrCl₄混合粉末的坩埚放入双温区气化炉中的低温区的升降支架上，升高升降支架使坩埚口部与高温区连通，设定双温区气化炉中低温区（气化区）的加热温度为320℃，高温区（混合区）的加热温度为550℃，加热使混合粉末完全气化；

（4）向沉积炉内通入流量为500ml/min的H₂、流量为100ml/min的CH₄，并在双温区气化炉中高温区底部通入以流量为180ml/min的氩气作为运载气体，将完全气化后得到的TaCl₅、HfCl₄和ZrCl₄的混合气体通入沉积炉内，在常压条件下沉积时间为2h；

（5）涂层沉积完成后，关闭H₂、CH₄，并在氩气保护下关闭沉积炉和双温区气化炉加热电源，至炉温降低至200℃以下时取出样品。