[发明专利]一种抗热震碳化硅纳米多孔涂层材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种抗热震碳化硅纳米多孔涂层材料及其制备方法与应用，所述涂层材料下层为碳化硅纳米颗粒组成的致密层，上层为枝状碳化硅纳米晶须组成的多孔层，并且多孔层从底部到顶部碳化硅晶须逐渐增长，呈发散状态。本发明提供的碳化硅纳米多孔涂层材料底部由致密的碳化硅纳米颗粒组成，与基底材料结合牢固，且顶部为多孔结构，热膨胀系数低，显著缓解了涂层与基底的热膨胀系数不匹配的问题，提高了涂层抗热震性能。

技术领域

本发明属于通过覆层形成材料的真空蒸发、溅射或离子注入进行镀覆技术领域，具体涉及一种抗热震碳化硅纳米多孔涂层材料及其制备方法与应用。

背景技术

碳/碳复合材料由于具有优异的高温机械性能，如低密度、低热膨胀系数、良好的抗热震性和良好的耐热性，被认为是最有前途的热结构材料之一。然而，碳/碳复合材料在高温有氧环境中很容易被氧化，这限制了它们在高温结构部件中的应用，制备碳化硅涂层是解决这个问题的有效方法。

碳化硅具有优异的抗氧化性能和力学性能，被广泛认为是用于碳/碳复合材料的抗氧化涂层合适的候选材料。然而，碳化硅涂层与碳/碳复合材料之间热膨胀系数的不匹配会产生很大的热应力，在严重的热冲击环境下会导致涂层与C/C基体的界面脱粘和裂纹。

与传统陶瓷涂层相比，纳米结构涂层表现出优异的抗裂性、更高的韧性和更好的结合强度。目前，引入一维碳化硅，如碳化硅纳米线和碳化硅纳米棒，作为增强材料被认为是提高陶瓷涂层韧性、热冲击和抗氧化性的有效策略。然而，这些一维纳米材料与碳/碳衬底的结合较弱，限制了其强化效果。因此，开发一种新的策略来制备具有良好附着力的碳化硅纳米多孔涂层具有重要意义和价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种抗热震碳化硅纳米多孔涂层材料及其制备方法与应用，该碳化硅纳米多孔涂层材料底部由致密的碳化硅颗粒组成，与基底材料结合牢固，且顶部为多孔结构，热膨胀系数低。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种抗热震碳化硅纳米多孔涂层材料，所述涂层材料下层为碳化硅纳米颗粒组成的致密层，上层为枝状碳化硅纳米晶须组成的多孔层，并且多孔层从底部到顶部碳化硅晶须逐渐增长，呈发散状态。

按上述方案，所述致密层厚度为1～3μm，所述多孔层厚度为70～90μm。

按上述方案，所述碳化硅纳米颗粒粒径为30～50nm。

本发明还包括上述抗热震碳化硅纳米多孔涂层材料的制备方法，具体步骤如下：

1)将清洗干净的基板放入激光化学气相沉积设备的沉积腔体中，调整基板位置使其位于激光覆盖范围内；

2)将沉积腔体真空抽至真空阈值以下，通入H₂和含有前驱体的载气Ar，调节沉积压强并稳定5分钟；

3)开启激光照射碳/碳复合材料基板，使基板表面升温至沉积温度进行沉积，沉积结束后依次关闭HMDS，载气Ar和激光，当基板温度显示150℃时关闭H₂，然后抽真空，等待基片冷却至室温，在基片表面得到抗热震碳化硅纳米多孔涂层材料。

按上述方案，步骤1)所述基板为碳/碳复合材料或石墨基板。

按上述方案，步骤2)所述前驱体为六甲基二硅烷(HMDS)，甲基三氯硅烷(MTS)，氯化硅，甲烷，丙烷中的一种或几种。

按上述方案，步骤2)H₂纯度为99％以上，流量为500～2000sccm，Ar纯度为99％以上，流量为20～50sccm，前驱体流量为3～9sccm。

按上述方案，步骤2)沉积压强为1800～2500Pa。

按上述方案，步骤3)激光波长为700～1200nm。