[发明专利]一种用于碳化硅陶瓷基复合材料的多层结构环境障涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于碳化硅陶瓷基复合材料的多层结构环境障涂层及其制备方法。该方法包括：将碳化硅陶瓷基复合材料进行喷砂、打磨、超声波清洗和干燥；利用大气等离子喷涂方法，在预处理后的碳化硅陶瓷基复合材料表面依次制备粘结层Si、中间第一层Yb₂O₃‑2SiO₂、中间第二层Yb₂O₃‑SiO₂和外层La₂O₃‑2MgO‑11Al₂O₃。该方法制备的多层结构环境障涂层与碳化硅陶瓷基复合材料结合致密，在富氧高温环境下对碳化硅陶瓷基复合材料可提供有效防护，长期使用温度1350℃、时间超过500小时。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，涉及一种用于碳化硅陶瓷基复合材料的多层结构环境障涂层及其制备方法。

背景技术

随着航空发动机的升级换代，其推重比越来越大，所涉及关键技术包括提高燃气温度和发动机减重并举。当前，传统的高温合金已不能满足上述要求，急需新材料对其进行替代。碳化硅陶瓷基复合材料由于其低密度、高强度、高模量、耐高温、抗腐蚀以及可设计性等优点，近年来成为航空航天发动机研究和应用的热点。伴随碳化硅陶瓷基复合材料在航空发动机的应用，其在高温环境下受到水蒸汽、CMAS等环境因素的腐蚀越来越受到人们的关注，要求在碳化硅陶瓷基复合材料构件表面制备环境障涂层(Environmental BarrierCoating,EBC)，将腐蚀因素与碳化硅陶瓷基复合材料进行隔离，大大降低环境对碳化硅陶瓷基复合材料的腐蚀，从而解决碳化硅陶瓷基复合材料在使役过程中性能急剧下降的难题。

经过多年的发展，碳化硅陶瓷基复合材料表面环境障涂层由最初的单一涂层逐渐衍生出双层结构涂层以及多层结构涂层，使碳化硅陶瓷基复合材料的应用范围越来越广。当前比较有应用价值的环境障涂层体系包括YSZ体系、BSAS体系以及稀土陶瓷体系等，但在温度高于1200℃时均出现不同程度失效而无法长期使用。

因此，发展耐高温新型EBC涂层以及涂层制备技术，对提高碳化硅陶瓷基复合材料航空发动机热端构件使用温度、减小航空发动机整机质量、提升航空发动机性能具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于碳化硅陶瓷基复合材料的多层结构环境障涂层及其制备方法，可以为碳化硅陶瓷基复合材料提供高温环境屏蔽防护，使碳化硅陶瓷基复合材料在高温有氧环境下保持其增韧特性，防止其出现脆化而失效。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于碳化硅陶瓷基复合材料的多层结构环境障涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)对碳化硅陶瓷基复合材料进行喷砂、打磨预处理，预处理后的碳化硅陶瓷基复合材料表面粗糙度为3-15μm；

(2)对所述预处理后的碳化硅陶瓷基复合材料进行超声波清洗；

(3)采用大气等离子喷涂工艺，在经过超声波清洗后的碳化硅陶瓷基复合材料表面依次制备粘结层Si、中间第一层Yb₂O₃-2SiO₂、中间第二层Yb₂O₃-SiO₂和外层La₂O₃-2MgO-11Al₂O₃，得到多层结构环境障涂层。

上述的制备方法中，优选地，所述步骤(1)中，喷砂介质为100-300目的刚玉砂，压缩空气压力为0.5-1.0MPa。

上述的制备方法中，优选地，所述步骤(1)中，打磨介质为500-1000目金刚石砂轮，砂轮转速为100-500转/分钟。

上述的制备方法中，优选地，所述步骤(2)中，超声波清洗时间为10-30min。