一種SiC／HfC／ZrC熱匹配涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種SiC／HfC／ZrC熱匹配涂層及其制備方法。由SiC層、HfC層和ZrC層組成，最內(nèi)層為SiC層，中間層為HfC層，最外層為ZrC層。采用化學(xué)氣相沉積的方法在基體的表面依次沉積SiC層、HfC層和ZrC層，得到SiC／HfC／ZrC熱匹配涂層。由于涂層由內(nèi)到外熱膨脹系數(shù)依次增大，形成梯度分布，能夠很好緩解由于熱膨脹的差異而引起的熱應(yīng)力，從而具有良好的熱匹配性能，且ZrC在高溫氧化后形成ZrO2，ZrO2大的蒸發(fā)率能帶走大量的熱量，起到降溫作用。
【專利說(shuō)明】—種SiC / HfC / ZrC熱匹配涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱匹配涂層及其制備方法，特別是涉及一種SiC / HfC / ZrC熱匹配涂層及其制備方法。
技術(shù)背景
[0002]C / C復(fù)合材料的比強(qiáng)度、比模量高，20000C以上的高溫仍保持其高強(qiáng)度、摩擦性能和抗熱震性能，是最有前途的高溫結(jié)構(gòu)材料。然而，碳在370°C的有氧氣氛中開(kāi)始氧化，高于500°C時(shí)迅速氧化，導(dǎo)致C / C復(fù)合材料毀滅性破壞。為了保護(hù)這些熱端部件在高溫下免受氧化腐蝕和延長(zhǎng)壽命，人們對(duì)高溫結(jié)構(gòu)材料和高溫涂層進(jìn)行了大量的研究。通過(guò)在材料表面進(jìn)行各類涂層防止含氧氣體接觸擴(kuò)散來(lái)提高C / C復(fù)合材料的高溫抗氧化性能。機(jī)體改性制備的C / C復(fù)合材料抗氧化溫度均在1200°C以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到航空航天對(duì)材料耐高溫性能的要求。涂層技術(shù)將是解決C / C復(fù)合材料氧化問(wèn)題的有效的途徑。然而由于C / C熱膨脹系數(shù)小，一般所制備的耐高溫涂層在急冷急熱的條件下容易開(kāi)裂脫落。
[0003]文獻(xiàn)“申請(qǐng)?zhí)枮?01110375379.0的中國(guó)專利”公開(kāi)了一種水熱電弧放電沉積法制備硅酸鋯-納米碳化硅復(fù)合抗氧化涂層的方法，將硅酸鋯粉體、納米SiC粉體和Si02粉體混合后濕法球磨、恒溫烘干得粉料A ;將粉料加入異丙醇中得溶液B ;向溶液B中加入單質(zhì)碘，超聲震蕩、磁力攪拌得溶液C ;將溶液C倒入水熱電弧放電沉積裝置內(nèi)，然后將帶有SiC內(nèi)涂層的C / C復(fù)合材料試樣夾在該裝置內(nèi)的陰極上，將水熱電弧放電沉積裝置放入恒溫烘箱中電弧放電，反應(yīng)結(jié)束后取出試樣，在恒溫干燥箱中干燥得硅酸鋯-納米碳化硅復(fù)合抗氧化涂層。
[0004]文獻(xiàn)“申請(qǐng)?zhí)枮?01110375419.1的中國(guó)專利”公開(kāi)了一種碳/碳復(fù)合材料硅酸鋯-二氧化硅-氧化鋯自愈和外涂層的制備方法，將ZrSi04、Si02、Zr02、A1203、B203、Mg0粉體混合后濕法球磨、烘干得粉料A ;將粉料A加入異丙醇中得溶液B ;向溶液B中加入單質(zhì)碘得溶液C ;將溶液C倒入反應(yīng)釜中，然后將帶有SiC內(nèi)涂層的C / C復(fù)合材料試樣夾在水熱釜內(nèi)的陰極上，將水熱釜密封并放入微波發(fā)生器中進(jìn)行水熱電泳沉積，結(jié)束后將試樣置于恒溫干燥箱中干燥即得碳/碳復(fù)合材料硅酸鋯-二氧化硅-氧化鋯自愈和外涂層。
[0005]上述專利都可以獲得碳化硅-硅酸鋯涂層，在高溫氧化環(huán)境下，能夠有效阻擋氧原子的擴(kuò)散浸入，提高了材料的抗氧化性能。但是由于硅酸鋯和碳化硅和C基材料的熱膨脹系數(shù)差異大，在急冷急熱的條件下容易開(kāi)裂脫落，嚴(yán)重影響材料的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的旨在克服涂層在急冷急熱環(huán)境中易開(kāi)裂的缺陷，提供了一種耐高溫抗氧化的熱匹配涂層及其制備方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是:提供一種SiC / HfC / ZrC熱匹配涂層，其特征在于由SiC層、HfC層和ZrC層組成，最內(nèi)層為SiC層，中間層為HfC層，最外層為ZrC層。所述的SiC層厚度為100~500 μ m, HfC層厚度為200~600 μ m, ZrC層厚度為300 ~800 μ mD
[0008]本發(fā)明還提供一種SiC / HfC / ZrC熱匹配涂層的制備方法，其特征在于包括下述順序:
[0009](I)采用化學(xué)氣相沉積的方法在基體的表面沉積一層SiC，SiC層的沉積條件如下:三氯甲基硅烷為前驅(qū)體，氬氣為稀釋氣，氫氣為載氣，沉積溫度800~1200°C，沉積時(shí)間40 ~200h ；
[0010](2)通過(guò)化學(xué)氣相沉積法在所制備的SiC層上沉積HfC層，HfC層的沉積條件如下:以氯化鉿為源物質(zhì)，氬氣為稀釋氣，H2為載氣，甲烷為反應(yīng)氣體，甲烷和氯化鉿的摩爾比為3~10，沉積溫度為1000~1600°C，沉積時(shí)間50~250h ；
[0011](3)通過(guò)化學(xué)氣相沉積法在所制備的HfC層上沉積ZrC層，ZrC層的沉積條件如下:以氯化鋯為源物質(zhì)，氬氣為稀釋氣，H2為載氣，甲烷為反應(yīng)氣體，甲烷和氯化鋯的摩爾比為3~10，沉積溫度為1000~1600°C，沉積時(shí)間60~300h ；
[0012](4)得到SiC / HfC / ZrC熱匹配涂層。
[0013]本發(fā)明的有益效果:(I)由于SiC、HfC和ZrC涂層的熱膨脹系數(shù)分別為5.3X10_6m / K、6.8X10_6m / K和7.3X10_6m / K，涂層由內(nèi)到外熱膨脹系數(shù)依次增大，形成梯度分布，能夠很好緩解由于熱膨脹的差異而引起的熱應(yīng)力，從而具有良好的熱匹配性能；(2)由于最外層ZrC在高溫氧化后形成ZrO2，其在2000°C高溫下的蒸發(fā)速率為44 μ m /hr X IO-5, ZrO2大的蒸發(fā)率能帶走大量的熱量，起到降溫作用。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定。
[0015]實(shí)施例
[0016]一種SiC / HfC / ZrC熱匹配涂層及其制備方法，其特征在于由SiC層、HfC層和ZrC層組成，最內(nèi)層為SiC層，中間層為HfC層，最外層為ZrC層。所述的SiC層厚度為200 μ m，HfC層厚度為300 μ m，ZrC層厚度為400 μ m。
[0017]上述SiC / HfC / ZrC熱匹配涂層的制備方法，具體步驟如下:
[0018](I)采用化學(xué)氣相沉積的方法在基體的表面沉積一層SiC，SiC層的沉積條件如下:三氯甲基硅烷為前驅(qū)體，氬氣為稀釋氣，氫氣為載氣，沉積溫度1000°c，沉積時(shí)間50h ；
[0019](2)通過(guò)化學(xué)氣相沉積法在所制備的SiC層上沉積HfC層，HfC層的沉積條件如下:以氯化鉿為源物質(zhì)，氬氣為稀釋氣，H2為載氣，甲烷為反應(yīng)氣體，甲烷和氯化鉿的摩爾比為8，沉積溫度為1600°C，沉積時(shí)間60h ；
[0020](3)通過(guò)化學(xué)氣相沉積法在所制備的HfC層上沉積ZrC層，ZrC層的沉積條件如下:以氯化鋯為源物質(zhì)，氬氣為稀釋氣，H2為載氣，甲烷為反應(yīng)氣體，甲烷和氯化鋯的摩爾比為8，沉積溫度為1600°C，沉積時(shí)間60h ；
[0021](4)得到SiC / HfC / ZrC熱匹配涂層。
【權(quán)利要求】
1.一種SiC / HfC / ZrC熱匹配涂層，其特征在于由SiC層、HfC層和ZrC層組成，最內(nèi)層為SiC層，中間層為HfC層，最外層為ZrC層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱匹配涂層，其特征在于所述的SiC層厚度為100~500μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱匹配涂層，其特征在于所述的HfC層厚度為200~600μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱匹配涂層，其特征在于所述的ZrC層厚度為300~800μ m。
5.一種SiC / HfC / ZrC熱匹配涂層的制備方法，其特征在于包括下述順序的步驟: (1)采用化學(xué)氣相沉積的方法在基體的表面沉積一層SiC，SiC層的沉積條件如下:三氯甲基硅烷為前驅(qū)體，氬氣為稀釋氣，氫氣為載氣，沉積溫度800~1200°C，沉積時(shí)間40~200h ； (2)通過(guò)化學(xué)氣相沉積法在所制備的SiC層上沉積HfC層，HfC層的沉積條件如下:以氯化鉿為源物質(zhì)，氬氣為稀釋氣，4為載氣，甲烷為反應(yīng)氣體，甲烷和氯化鉿的摩爾比為3~`10，沉積溫度為1000~1600°C，沉積時(shí)間50~250h ； (3)通過(guò)化學(xué)氣相沉積法在所制備的HfC層上沉積ZrC層，ZrC層的沉積條件如下:以氯化鋯為源物質(zhì)，氬氣為稀釋氣，4為載氣，甲烷為反應(yīng)氣體，甲烷和氯化鋯的摩爾比為3~`10，沉積溫度為1000~1600°C，沉積時(shí)間，60~300h ； (4)得到SiC/ Hf``C / ZrC熱匹配涂層。
【文檔編號(hào)】C04B41/89GK103724055SQ201310412271
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】陳照峰, 汪洋 申請(qǐng)人:太倉(cāng)派歐技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司