專利名稱：一種碳/碳復(fù)合材料SiC-MoSi₂-C-AlPO₄復(fù)合梯度外涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備碳/碳復(fù)合材料復(fù)合梯度外涂層的方法，具體涉及一種碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
C/C復(fù)合材料又被稱為碳纖維碳基復(fù)合材料，由于其只有單一的碳元素組成，不僅具有炭及石墨材料優(yōu)異的耐燒蝕性能，低密度、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，而且高溫下還有優(yōu)異的力學(xué)性能。尤其是其強(qiáng)度隨溫度的增加不降反升的性能，使其成為發(fā)展前途的高技術(shù)新材料之一，被廣泛用作航空和航天技術(shù)領(lǐng)域的燒蝕材料和熱結(jié)構(gòu)材料。但是，C/C復(fù)合材料在溫度超過(guò)500°c的氧化氣氛下迅速氧化，這大大限制了其應(yīng)用，因此C/C復(fù)合材料的氧化保護(hù)問(wèn)題成為了近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。同時(shí)對(duì)其進(jìn)行高溫抗氧化防護(hù)對(duì)其高溫應(yīng)用具有 重要的意義?？寡趸繉颖徽J(rèn)為是解決碳/碳復(fù)合材料高溫氧化防護(hù)問(wèn)題的有效方法。SiC涂層由于與C/C復(fù)合材料的物理、化學(xué)相容性好而普遍作為過(guò)渡層使用，但是單一的SiC涂層不能對(duì)C/C基體提供有效的保護(hù)，因而復(fù)合涂層成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。同時(shí)復(fù)合梯度涂層成為提高涂層與基體界面結(jié)合的新方法。到目前為止，制備的復(fù)合涂層有很多種，例如SiC晶須增韌MoSi2-SiC-Si涂層[Fu Qian-Gang, Li He-Jun, Li Ke-Zhi, Shi Xiao-Hong, Hu Zh1-Biao, Huang Min, SiCwhisker-toughened MoSi2-SiC-Si coating to protect carbon/carbon compositesagainst oxidation, Carbon. 2006，44，1866. ]、MoSi2/SiC 涂層[Huang J F, Wang B, Li HJ, et al. A MoSi2/SiC oxidation protective coating for carbon/carbon composites.Corrosion Science, 2011，2(53) :834-839. ]、SiC-MoSi2-(Ti。.8Moa2) Si2 復(fù)合涂層[JiaoG S, Li H J, Li K Z, et al. SiC-MoSi2- (Ti0 8Mo0 2) Si2mult1-composition coating forcarbon/carbon composites. Surf. Coat. Technol, 2006, 201(6) :3452-3456.]等。同時(shí)有制備單一 SiC涂層[陳嚦，王成國(guó)，趙偉.兩步法制備具有自愈合能力的純SiC涂層.物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2012，28(1):239-244]等。制備的復(fù)合涂層可以對(duì)裂紋起到自愈合作用，在高溫下具有較好的防護(hù)能力。但是，內(nèi)外涂層之間的熱膨脹系數(shù)的較大差異又進(jìn)一步導(dǎo)致涂層中微裂紋的產(chǎn)生，一定程度上又降低了涂層的氧化保護(hù)能力。到目前為止外涂層的制備方法多種多樣，主要有以下幾種超臨界態(tài)流體技術(shù)，化學(xué)氣相沉積，包埋法，原位成型，溶膠-凝膠法，熔漿涂覆反應(yīng)，爆炸噴涂和超聲波噴涂法等。采用超臨界態(tài)流體技術(shù)來(lái)制備C/C復(fù)合材料涂層由于制備的工藝實(shí)施需要在高溫高壓下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備的要求較高，并且形成的外涂層要在惰性氣氛下進(jìn)行熱處理，制備周期t匕較長(zhǎng)[Bemeburg P L, Krukonis V J. Processing of carbon/carbon compositesusing supercritical fluid technology[P]. United States Patent US 5035921,1991],采用原位成型法制備的涂層需要在1500°C下高溫處理，且不能一次制備完成[HuangJian-Feng, Li He-Jun, Zeng Xie-Rong, Li Ke-Zh1. Surf. coat. Technol. 2006, 200, 5379.],采用溶膠-凝膠法制備的外涂層表面容易開(kāi)裂并且涂層厚度不足的缺點(diǎn)[HuangJian-Feng, Zeng Xie-Rong, Li He-Jun, Xiong Xin-Bo, Sun Guo-ling. Surf. coat.Technol. 2005，190，255.]，而采用熔漿涂覆反應(yīng)法制備涂層仍然存要多次涂刷不能一次制備完成，需要后期熱處理的弊端[Fu Qian-Gang, Li He-Jun, Wang Yong-Jie, Li Ke-Zhi, TaoJun. Surface&Coating Technology. 2010, 204, 1832.],同樣采用爆炸噴涂和超聲波噴涂法雖然已經(jīng)制備出部分合金涂層，但是，該工藝還有很多不完善的地方，所制備的高溫防氧化性能尚需要進(jìn)一步的提高[Terentieva V S, Bogachkova O P,Goriatcheva E V. Methodfor protecting products made of a refractory material against oxidation, andresulting products[p]. US5677060, 1997.],而采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)微波水熱電泳電弧放電沉積方法制備SiC-MoSi2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層的方法還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種碳/碳復(fù)合材料SiC-MoSi2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層制備方法，本發(fā)明在水熱釜中一次完成，不需要后期熱處理，因此不僅制備成本低，而且操作簡(jiǎn)單、制備 周期短，且所制備的復(fù)合梯度外涂層厚度均一無(wú)貫穿性孔洞和裂紋產(chǎn)生的。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為1)取平均粒徑為3 6μπι的C-AlPO4粉體、MoSi2粉體和納米碳化硅粉體，按照C-AlPO4 SiC MoSi2= (I 10) (I 20) (I 10)的質(zhì)量比混合均勻，形成混合粉體；2)將混合粉體分別分散于乙醇中，配制成濃度為20 30g/L的懸浮液A，30 40g/L的懸浮液B和30 40g/L的懸浮液C ；3)分別將懸浮液A，B，C放入超聲波發(fā)生器中震蕩，取出后再分別放置在磁力攪拌器上攪拌12 36h ;4)分別向懸浮液A，B, C中加入單質(zhì)碲，控制單質(zhì)碲的濃度為O. 5 2. Og/L，然后分別將加有單質(zhì)碲的懸浮液A，B, C放入的超聲波發(fā)生器中震蕩，取出后再分別放在磁力攪拌器上攪拌12 36h，得到懸浮液D、E和F ;5)將懸浮液D倒入水熱釜內(nèi)，然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱釜的陰極夾上，浸入懸浮液D中，密封水熱釜并將水熱釜放入微波紫外超聲合成儀中；再將水熱釜的陰陽(yáng)兩極分別接到恒壓電源相應(yīng)的兩極上，控制水熱溫度在100 400°C，電源電壓在500 5000V，轉(zhuǎn)速在800 4000r/min，電泳電弧放電沉積時(shí)間為10 25min，水熱電泳電弧放電沉積結(jié)束后自然冷卻到室溫；6)取出步驟5)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后依次用懸浮液E、F按照步驟5)中的工藝條件進(jìn)行電泳電弧放電沉積；7)取出步驟6)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后在40 80°C干燥，最終得到碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層。所述的C-AlPO4粉體是由市售磷酸鋁粉體經(jīng)過(guò)1300°C煅燒30min，然后濕法球磨得到的。所述的MoSi2粉體是由市售二硅化鑰粉體經(jīng)過(guò)干法球磨得到的。所述的乙醇的純度彡99. 8%。
所述的單質(zhì)碲的純度彡99. 7%。所述的超聲波發(fā)生器的功率為500 1500W，震蕩時(shí)間為40 lOOmin。所述的干燥采用的是電熱鼓風(fēng)干燥箱。所述的水熱釜以石墨電極為陽(yáng)極，導(dǎo)電基體為陰極，陰極固定在旋轉(zhuǎn)體上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)微波水熱電泳電弧放電沉積方法制備碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層，在水熱釜中一次完成，不需要后期熱處理。超聲陰極 旋轉(zhuǎn)微波水熱電泳電弧放電沉積方法利用超聲波和微波在反應(yīng)體系中產(chǎn)生局部高溫和高壓，有效降低C-AlPO4和MoSi2懸浮粒子的反應(yīng)激活能，使其在水熱電泳電弧放電沉積過(guò)程中反應(yīng)更完全和充分，從而獲得結(jié)構(gòu)致密的涂層。由于電泳電弧放電沉積過(guò)程是非直線過(guò)程，可以在形狀復(fù)雜或表面多孔的基體表面形成均勻的沉積層，并能精確控制涂層成分、厚度和孔隙率，使得簡(jiǎn)單高效制備多相復(fù)合涂層和梯度功能化陶瓷涂層成為可能；另外通過(guò)陰極高速旋轉(zhuǎn)，避免了傳統(tǒng)水熱法需多次涂覆才能得到結(jié)構(gòu)致密均勻的涂層的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在可控的條件下獲得致密的、具有顯微裂紋的、不同厚度的碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度涂層。MoSi2 (熱膨脹系數(shù)為8. OX 10_6/°C )陶瓷材料由于耐火度高、熱震性好、體積穩(wěn)定性好是理想的高級(jí)耐火材料；方石英型磷酸鋁(C-AlPO4)的熱膨脹系數(shù)(5. 5X10-6/°C )與SiC (4. 3 5. 4 X 10-6/0C )接近，并且可以充分地鋪展在基體材料表面，封填基體材料表面的孔洞等缺陷的特性。為了提高內(nèi)外涂層的界面結(jié)合力，本發(fā)明結(jié)合MoSi2X-AlPO4 二者的優(yōu)點(diǎn)，并將引入納米碳化硅，使其在涂層中呈現(xiàn)梯度分布，從而提高涂層的界面結(jié)合力和致密性。此外，超聲陰極旋轉(zhuǎn)微波水熱電泳電弧放電沉積方法的特點(diǎn)是能夠在水熱超臨界環(huán)境下加快懸浮顆粒的沉積速率，使得懸浮顆粒能迅速在基體表面反應(yīng)，而由于反應(yīng)過(guò)程中水熱釜的陰極高速旋轉(zhuǎn)，避免了傳統(tǒng)水熱法需多次涂覆才能得到結(jié)構(gòu)致密均勻的涂層的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在可控的條件下獲得致密的、具有顯微裂紋的、不同厚度的SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層，在水熱釜中一次完成，不需要后期熱處理，制備周期短、工藝制備簡(jiǎn)單、操作方便，原料易得，制備成本低。


圖1為本發(fā)明制備碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層表面的SEM圖；圖2為本發(fā)明制備碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層保護(hù)的SiC-C/C試樣的斷面SEM圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:I)將市售磷酸鋁粉體經(jīng)過(guò)1300°C煅燒30min，然后濕法球磨制成平均粒徑為3 6 μ m的C-AlPO4粉體，將市售二硅化鑰粉體經(jīng)過(guò)干法球磨制成平均粒徑為3 6 μ m的MoSi2粉體，然后將C-AlPO4粉體、MoSi2粉體和平均粒度為40nm的納米碳化硅粉體，按照C-AlPO4 SiC MoSi2=I 20 I的質(zhì)量比混合均勻，形成混合粉體；2)將混合粉體分別分散于純度彡99. 8%的乙醇中，配制成濃度為30g/L的懸浮液A，20g/L的懸浮液B和25g/L的懸浮液C ；3)分別將懸浮液A，B，C放入功率為500W的超聲波發(fā)生器中震蕩40min，取出后再分別放置在磁力攪拌器上攪拌18h ；4)分別向懸浮液A，B, C中加入純度> 99. 7%的單質(zhì)碲，控制單質(zhì)碲的濃度為
O.5g/L，然后分別將加有單質(zhì)碲的懸浮液A，B, C放入率為500W的超聲波發(fā)生器中震蕩40min，取出后再分別放置在磁力攪拌器上攪拌18h，得到懸浮液D、E和F ;5)將懸浮液D倒入水熱釜內(nèi)，以石墨電極為陽(yáng)極，導(dǎo)電基體為陰極，陰極固定在 旋轉(zhuǎn)體上，然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱釜的陰極夾上，浸入懸浮液D中，密封水熱釜并將水熱釜放入U(xiǎn)Vave-1000型微波紫外超聲合成儀中；再將水熱釜的陰陽(yáng)兩極分別接到恒壓電源相應(yīng)的兩極上，控制水熱溫度在100°C，電源電壓在500V，轉(zhuǎn)速在800r/min，電泳電弧放電沉積時(shí)間為15min，水熱電泳電弧放電沉積結(jié)束后自然冷卻到室溫；6)取出步驟5)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后依次用懸浮液E、F按照步驟5)中的工藝條件進(jìn)行電泳電弧放電沉積；7)取出步驟6)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后在電熱鼓風(fēng)干燥箱中以40°C干燥，最終得到碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層。實(shí)施例2 I)將市售磷酸鋁粉體經(jīng)過(guò)1300°C煅燒30min，然后濕法球磨制成平均粒徑為3 6 μ m的C-AlPO4粉體，將市售二硅化鑰粉體經(jīng)過(guò)干法球磨制成平均粒徑為3 6 μ m的MoSi2粉體，然后將C-AlPO4粉體、MoSi2粉體和平均粒度為40nm的納米碳化硅粉體，按照C-AlPO4 SiC MoSi2=I I I的質(zhì)量比混合均勻，形成混合粉體；2)將混合粉體分別分散于純度彡99. 8%的乙醇中，配制成濃度為35g/L的懸浮液A，30g/L的懸浮液B和22g/L的懸浮液C ；3)分別將懸浮液A，B，C放入功率為800W的超聲波發(fā)生器中震蕩60min，取出后再分別放置在磁力攪拌器上攪拌24h ；4)分別向懸浮液A，B, C中加入純度> 99. 7%的單質(zhì)碲，控制單質(zhì)碲的濃度為
O.8g/L，然后分別將加有單質(zhì)碲的懸浮液A，B, C放入率為800W的超聲波發(fā)生器中震蕩60min，取出后再分別放置在磁力攪拌器上攪拌24h，得到懸浮液D、E和F ;5)將懸浮液D倒入水熱釜內(nèi)，以石墨電極為陽(yáng)極，導(dǎo)電基體為陰極，陰極固定在旋轉(zhuǎn)體上，然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱釜的陰極夾上，浸入懸浮液D中，密封水熱釜并將水熱釜放入U(xiǎn)Vave-1000型微波紫外超聲合成儀中；再將水熱釜的陰陽(yáng)兩極分別接到恒壓電源相應(yīng)的兩極上，控制水熱溫度在160°C，電源電壓在800V，轉(zhuǎn)速在1200r/min,電泳電弧放電沉積時(shí)間為20min，水熱電泳電弧放電沉積結(jié)束后自然冷卻到室溫；6)取出步驟5)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后依次用懸浮液E、F按照步驟5)中的工藝條件進(jìn)行電泳電弧放電沉積；7)取出步驟6)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后在電熱鼓風(fēng)干燥箱中以50°C干燥，最終得到碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層。實(shí)施例3 I)將市售磷酸鋁粉體經(jīng)過(guò)1300°C煅燒30min，然后濕法球磨制成平均粒徑為3 6 μ m的C-AlPO4粉體，將市售二硅化鑰粉體經(jīng)過(guò)干法球磨制成平均粒徑為3 6 μ m的MoSi2粉體，然后將C-AlPO4粉體、MoSi2粉體和平均粒度為40nm的納米碳化硅粉體，按照C-AlPO4 SiC MoSi2=I 2 I的質(zhì)量比混合均勻，形成混合粉體；2)將混合粉體分別分散于純度彡99. 8%的乙醇中，配制成濃度為32g/L的懸浮液A，25g/L的懸浮液B和30g/L的懸浮液C ；3)分別將懸浮液A，B, C放入功率為1200W的超聲波發(fā)生器中震蕩90min，取出后再分別放置在磁力攪拌器上攪拌36h ；4)分別向懸浮液A，B, C中加入純度彡99. 7%的單質(zhì)碲，控制單質(zhì)碲的濃度為1. 2g/L，然后分別將加有單質(zhì)碲的懸浮液A，B, C放入率為1200W的超聲波發(fā)生器中震蕩90min，取出后再分別放置在磁力攪拌器上攪拌36h，得到懸浮液D、E和F ；5)將懸浮液D倒入水熱釜內(nèi)，以石墨電極為陽(yáng)極，導(dǎo)電基體為陰極，陰極固定在旋轉(zhuǎn)體上，然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱釜的陰極夾上，浸入懸浮液D中，密封水熱釜并將水熱釜放入U(xiǎn)Vave-1000型微波紫外超聲合成儀中；再將水熱釜的陰陽(yáng)兩極分別接到恒壓電源相應(yīng)的兩極上，控制水熱溫度在240°C，電源電壓在1600V，轉(zhuǎn)速在2400r/min，電泳電弧放電沉積時(shí)間為25min，水熱電泳電弧放電沉積結(jié)束后自然冷卻到室溫；6)取出步驟5)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后依次用懸浮液E、F按照步驟5)中的工藝條件進(jìn)行電泳電弧放電沉積；7)取出步驟6)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后在電熱鼓風(fēng)干·燥箱中以60°C干燥，最終得到碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層。實(shí)施例4 I)將市售磷酸鋁粉體經(jīng)過(guò)1300°C煅燒30min，然后濕法球磨制成平均粒徑為3 6 μ m的C-AlPO4粉體，將市售二硅化鑰粉體經(jīng)過(guò)干法球磨制成平均粒徑為3 6 μ m的MoSi2粉體，然后將C-AlPO4粉體、MoSi2粉體和平均粒度為40nm的納米碳化硅粉體，按照C-AlPO4 SiC MoSi2=IO 10 5的質(zhì)量比混合均勻，形成混合粉體；2)將混合粉體分別分散于純度彡99. 8%的乙醇中，配制成濃度為38g/L的懸浮液A，28g/L的懸浮液B和23g/L的懸浮液C ；3)分別將懸浮液A，B，C放入功率為1000W的超聲波發(fā)生器中震蕩80min，取出后再分別放置在磁力攪拌器上攪拌30h ；4)分別向懸浮液A，B, C中加入純度> 99. 7%的單質(zhì)碲，控制單質(zhì)碲的濃度為1.6g/L，然后分別將加有單質(zhì)碲的懸浮液A，B, C放入率為1000W的超聲波發(fā)生器中震蕩80min，取出后再分別放置在磁力攪拌器上攪拌30h，得到懸浮液D、E和F ；5)將懸浮液D倒入水熱釜內(nèi)，以石墨電極為陽(yáng)極，導(dǎo)電基體為陰極，陰極固定在旋轉(zhuǎn)體上，然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱釜的陰極夾上，浸入懸浮液D中，密封水熱釜并將水熱釜放入U(xiǎn)Vave-1000型微波紫外超聲合成儀中；再將水熱釜的陰陽(yáng)兩極分別接到恒壓電源相應(yīng)的兩極上，控制水熱溫度在320°C，電源電壓在3600V，轉(zhuǎn)速在3000r/min，電泳電弧放電沉積時(shí)間為12min，水熱電泳電弧放電沉積結(jié)束后自然冷卻到
室溫；6)取出步驟5)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后依次用懸浮液E、F按照步驟5)中的工藝條件進(jìn)行電泳電弧放電沉積；7)取出步驟6)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后在電熱鼓風(fēng)干燥箱中以70°C干燥，最終得到碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層。實(shí)施例5 I)將市售磷酸鋁粉體經(jīng)過(guò)1300°C煅燒30min，然后濕法球磨制成平均粒徑為3 6 μ m的C-AlPO4粉體，將市售二硅化鑰粉體經(jīng)過(guò)干法球磨制成平均粒徑為3 6 μ m的MoSi2粉體，然后將C-AlPO4粉體、MoSi2粉體和平均粒度為40nm的納米碳化硅粉體，按照C-AlPO4 SiC MoSi2=I 5 I的質(zhì)量比混合均勻，形成混合粉體；·2)將混合粉體分別分散于純度> 99. 8%的乙醇中，配制成濃度為40g/L的懸浮液A，26g/L的懸浮液B和28g/L的懸浮液C ；3)分別將懸浮液A，B，C放入功率為1500W的超聲波發(fā)生器中震蕩lOOmin，取出后再分別放置在磁力攪拌器上攪拌12h ；4)分別向懸浮液A，B, C中加入純度> 99. 7%的單質(zhì)碲，控制單質(zhì)碲的濃度為
2.Og/L，然后分別將加有單質(zhì)碲的懸浮液A，B, C放入率為1500W的超聲波發(fā)生器中震蕩lOOmin，取出后再分別放置在磁力攪拌器上攪拌12h，得到懸浮液D、E和F ;5)將懸浮液D倒入水熱釜內(nèi)，以石墨電極為陽(yáng)極，導(dǎo)電基體為陰極，陰極固定在旋轉(zhuǎn)體上，然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱釜的陰極夾上，浸入懸浮液D中，密封水熱釜并將水熱釜放入U(xiǎn)Vave-1000型微波紫外超聲合成儀中；再將水熱釜的陰陽(yáng)兩極分別接到恒壓電源相應(yīng)的兩極上，控制水熱溫度在400°C，電源電壓在5000V，轉(zhuǎn)速在4000r/min，電泳電弧放電沉積時(shí)間為lOmin，水熱電泳電弧放電沉積結(jié)束后自然冷卻到室溫；6)取出步驟5)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后依次用懸浮液E、F按照步驟5)中的工藝條件進(jìn)行電泳電弧放電沉積；7)取出步驟6)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后在電熱鼓風(fēng)干燥箱中以65°C干燥，最終得到碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層。實(shí)施例6 I)將市售磷酸鋁粉體經(jīng)過(guò)1300°C煅燒30min，然后濕法球磨制成平均粒徑為3 6 μ m的C-AlPO4粉體，將市售二硅化鑰粉體經(jīng)過(guò)干法球磨制成平均粒徑為3 6 μ m的MoSi2粉體，然后將C-AlPO4粉體、MoSi2粉體和平均粒度為40nm的納米碳化硅粉體，按照C-AlPO4 SiC MoSi2=5 I 10的質(zhì)量比混合均勻，形成混合粉體；2)將混合粉體分別分散于純度彡99. 8%的乙醇中，配制成濃度為36g/L的懸浮液A，23g/L的懸浮液B和26g/L的懸浮液C ；3)分別將懸浮液A，B，C放入功率為1300W的超聲波發(fā)生器中震蕩50min，取出后再分別放置在磁力攪拌器上攪拌28h ；4)分別向懸浮液A，B, C中加入純度> 99. 7%的單質(zhì)碲，控制單質(zhì)碲的濃度為1. 5g/L，然后分別將加有單質(zhì)碲的懸浮液A，B, C放入率為1300W的超聲波發(fā)生器中震蕩50min，取出后再分別放置在磁力攪拌器上攪拌28h，得到懸浮液D、E和F ；5)將懸浮液D倒入水熱釜內(nèi)，以石墨電極為陽(yáng)極，導(dǎo)電基體為陰極，陰極固定在旋轉(zhuǎn)體上，然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱釜的陰極夾上，浸入懸浮液D中，密封水熱釜并將水熱釜放入U(xiǎn)Vave-1000型微波紫外超聲合成儀中；再將水熱釜的陰陽(yáng)兩極分別接到恒壓電源相應(yīng)的兩極上，控制水熱溫度在300°C，電源電壓在2500V，轉(zhuǎn)速在3200r/min，電泳電弧放電沉積時(shí)間為18min，水熱電泳電弧放電沉積結(jié)束后自然冷卻到室溫；6)取出步驟5)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后依次用懸浮液E、F按照步驟5)中的工藝條件進(jìn)行電泳電弧放電沉積；
7)取出步驟6)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后在電熱鼓風(fēng)干燥箱中以80°C干燥，最終得到碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層。從圖1可看出本發(fā)明制備碳/碳復(fù)合材料SiC-MoSi2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層表面致密，顆粒均勻排列并且有放電燒結(jié)的現(xiàn)象。從圖2可看出本發(fā)明制備碳/碳復(fù)合材料SiC-MoSi2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層保護(hù)的SiC-C/C試樣的斷面，涂層厚度均勻，大約70 80μπι。
權(quán)利要求
1.一種碳/碳復(fù)合材料SiC-MoSi2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層的制備方法，其特征在于1)取平均粒徑為3 6μπι的C-AlPO4粉體、MoSi2粉體和納米碳化硅粉體，按照 C-AlPO4 SiC MoSi2=(l 10) (I 20) (I 10)的質(zhì)量比混合均勻，形成混合粉體；2)將混合粉體分別分散于乙醇中，配制成濃度為20 30g/L的懸浮液A，30 40g/L 的懸浮液B和30 40g/L的懸浮液C ；3)分別將懸浮液A，B，C放入超聲波發(fā)生器中震蕩，取出后再分別放置在磁力攪拌器上攪拌12 36h ；4)分別向懸浮液A，B,C中加入單質(zhì)碲，控制單質(zhì)碲的濃度為O. 5 2. Og/L,然后分別將加有單質(zhì)碲的懸浮液A，B，C放入的超聲波發(fā)生器中震蕩，取出后再分別放在磁力攪拌器上攪拌12 36h，得到懸浮液D、E和F ;5)將懸浮液D倒入水熱釜內(nèi)，然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱釜的陰極夾上，浸入懸浮液D中，密封水熱釜并將水熱釜放入微波紫外超聲合成儀中；再將水熱釜的陰陽(yáng)兩極分別接到恒壓電源相應(yīng)的兩極上，控制水熱溫度在100 400°C，電源電壓在500 5000V，轉(zhuǎn)速在800 4000r/min，電泳電弧放電沉積時(shí)間為10 25min，水熱電泳電弧放電沉積結(jié)束后自然冷卻到室溫；6)取出步驟5)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后依次用懸浮液E、F按照步驟5)中的工藝條件進(jìn)行電泳電弧放電沉積；7)取出步驟6)處理后的碳/碳復(fù)合材料試樣，然后在40 80°C干燥，最終得到碳/ 碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層的制備方法，其特征在于所述的C-AlPO4粉體是由市售磷酸鋁粉體經(jīng)過(guò)1300°C煅燒30min，然后濕法球磨得到的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層的制備方法，其特征在于所述的MoSi2粉體是由市售二硅化鑰粉體經(jīng)過(guò)干法球磨得到的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層的制備方法，其特征在于所述的乙醇的純度> 99.8%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層的制備方法，其特征在于所述的單質(zhì)碲的純度> 99. 7%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層的制備方法，其特征在于所述的超聲波發(fā)生器的功率為500 1500W，震蕩時(shí)間為40 lOOmin。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層的制備方法，其特征在于所述的干燥采用的是電熱鼓風(fēng)干燥箱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳復(fù)合材料SiC-M0Si2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層的制備方法，其特征在于所述的水熱釜以石墨電極為陽(yáng)極，導(dǎo)電基體為陰極，陰極固定在旋轉(zhuǎn)體上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在水熱釜中一次完成，不需要后期熱處理且厚度均一無(wú)貫穿性孔洞和裂紋產(chǎn)生的碳/碳復(fù)合材料SiC-MoSi2-C-AlPO4復(fù)合梯度外涂層的制備方法，首先按照(1～10)∶(1～20)∶(1～10)的質(zhì)量比取C-AlPO4粉體、納米碳化硅粉體和MoSi2粉體混合，然后配置成20～40g/L的懸浮液A、B和C，然后經(jīng)過(guò)超聲震蕩以及磁力攪拌，再加入碲單質(zhì)，配制成碲單質(zhì)濃度在0.5～2.0g/L的懸浮液D、E、F，采用超聲陰極旋轉(zhuǎn)微波水熱電泳電弧放電沉積法依次將懸浮液D、E、F分別沉積到帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣上，最后干燥。本發(fā)明制備周期短、工藝制備簡(jiǎn)單、操作方便，原料易得，制備成本低。
文檔編號(hào)C04B41/89GK102992816SQ20121039122
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者曹麗云, 郝巍, 黃劍鋒, 費(fèi)杰, 馬鳳蘭, 殷立雄, 王開(kāi)通, 杜鳴菲 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)