本發(fā)明涉及復合材料技術(shù)領域，具體地說，本發(fā)明涉及一種用于碳-碳化硅復合材料的涂層材料。
背景技術(shù)：
C/SiC(有時稱為“碳-碳化硅”)復合材料具有低密度、高強度、耐高溫、抗燒蝕和抗沖刷等一系列優(yōu)異性能，同時具有比C/C復合材料更好的抗氧化性。C/SiC復合材料在高推重比航空發(fā)動機、超高聲速沖壓發(fā)動機、航空航天往返防熱系統(tǒng)、液體發(fā)動機和固體火箭發(fā)動機等武器裝備領域，以及在先進摩擦及離合器系統(tǒng)等剎車工業(yè)領域具有非常廣闊的應用前景。然而，需要采用陶瓷基復合材料制備的構(gòu)件種類繁多，如機翼前緣、燃燒室、噴管、熱防護材料、剎車盤、以及要求極低的熱膨脹系數(shù)的太空反射鏡、陶瓷支架、刻度盤等，它們的工作條件各不相同，因而對C/SiC復合材料的力學性能、熱物理性能和環(huán)境性能的要求也不盡相同。為了使C/SiC復合材料的性能可在很大范圍內(nèi)變化，以便滿足各種構(gòu)件的使用要求，必須對其顯微結(jié)構(gòu)及相成分進行合理的設計。
現(xiàn)有技術(shù)采用減壓化學氣相滲透法制備了基體為PyC/SiC交替疊層的C/C-SiC復合材料，研究了PyC的引入位置和引入量對C/C-SiC復合材料力學性能和抗氧化性能的影響，包括研究了PyC的引入位置和引入量對2DC/C-SiC復合材料力學性能的影響，發(fā)現(xiàn)PyC的引入可以顯著提高復合材料的斷裂韌性、斷裂功及斷裂應變，抗彎強度、拉伸強度及拉伸模量基本保持不變。纖維束外部基體中PyC的引入不利于提高2DC/C-SiC復合材料的力學性能；還研究了PyC的引入位置和引入量對3DC/C-SiC復合材料力學性能的影響，發(fā)現(xiàn)纖維束外部的PyC層降低了復合材料的抗彎強度和斷裂韌性，但可以明顯提高拉伸 強度、拉伸模量及斷裂應變；還研究了PyC的引入位置和引入量對2DC/C-SiC復合材料抗氧化性能的影響，發(fā)現(xiàn)2DC/SiC與2DC/C-SiC復合材料具有相似的氧化行為，受缺陷控制。2DC/SiC與2DC/C-SiC復合材料在700℃、1000℃、1300℃時都表現(xiàn)為氧化失重，且都在700℃氧化失重率最大，1000℃時氧化失重率最?。?DC/SiC與2DC/C-SiC復合材料在空氣中恒溫氧化時表現(xiàn)出完全相似的氧化動力學行為和殘余強度對應關系，殘余抗彎強度隨失重率的增加而降低；2DC/SiC與2DC/C-SiC復合材料的殘余強度受C相的氧化消耗控制。
飛行器高溫氧化部位通常使用碳-碳化硅復合材料，如高超聲速飛行器、再入飛行器以及臨近空間飛行器的前緣、被動熱防護面板以及發(fā)動機燃燒室等高溫氧化部位，而未經(jīng)過抗氧化改性處理的碳-碳化硅復合材料長時抗氧化溫度不超過1650℃，當溫度超過此溫度時，碳-碳化硅復合材料基體和纖維迅速氧化損耗，材料力學性能急劇下降，因此，在碳-碳化硅復合材料表面制備抗氧化、耐沖刷的涂層材料是提高復合材料使用溫度的有效手段。
氮化硼具有多種優(yōu)良性能，廣泛應用于高壓高頻電及等離子弧的絕緣體、自動焊接耐高溫架的涂層、高頻感應電爐的材料、半導體的固相摻和料、原子反應堆的結(jié)構(gòu)材料、防止中子輻射的包裝材料、雷達的傳遞窗、雷達天線的介質(zhì)和火箭發(fā)動機的組成物等。由于具有優(yōu)良的潤滑性能，用作高溫潤滑劑和多種模型的脫模劑。模壓的氮化硼可制造耐高溫坩堝和其他制品。可作超硬材料，適用于地質(zhì)勘探、石油鉆探的鉆頭和高速切削工具。也可用作金屬加工研磨材料，具有加工表面溫度低、部件表面缺陷少的特點。氮化硼還可用作各種材料的添加劑。由氮化硼加工制成的氮化硼纖維，為中模數(shù)高功能纖維，是一種無機合成工程材料，可廣泛使用于化學工業(yè)、紡織工業(yè)、宇航技術(shù)和其他尖端工業(yè)部門。2.氮化硼纖維用途：由于氮化硼熱穩(wěn)定性和耐磨性好以及化學穩(wěn)定性強，可用作溫度傳感器套，火箭、燃燒室內(nèi)襯和等離子體噴射爐材料；用作陶瓷基復合材料的增強劑、導彈和飛行器的天線窗部件、電絕緣器、防護服、重返大氣層的降落傘以及火箭噴管鼻錐等材料；用于高溫潤滑劑、脫模劑、高頻絕緣材料和半導 體的固相摻雜材料等。3.由于氮化硼熱穩(wěn)定性和耐磨性好以及化學穩(wěn)定性強，可用作溫度傳感器套，制造高溫物件，如火箭、燃燒室內(nèi)襯和等離子體噴射爐材料?？勺鞲邷貪櫥瑒?、脫模劑、高頻絕緣材料和半導體的固相摻雜材料等。六方氮化硼轉(zhuǎn)化立方體，粉狀可轉(zhuǎn)化纖維狀，使其用途更加廣泛，可用作超硬材料，用于電絕緣器、天線窗、防護服、重返大氣層的降落傘以及火箭噴管鼻錐等。
目前，普遍使用化學氣相沉積和等離子噴涂技術(shù)制備用于航天器的抗氧化涂層材料，這兩種過程在飛行器發(fā)射前經(jīng)過高溫、高壓等過程直接將涂層材料涂布在飛行器表面，但這兩種技術(shù)都需要投入精密復雜的大型設備，成本高、操作復雜，且涂層一旦制備完成后，其修復修補將變得及其困難，甚至根本無法實現(xiàn)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
1、一種用于碳-碳化硅復合材料的涂層材料，其特征在于，所述材料采用如下原料制得：硼酚醛、一碳化四硼、三硅化七鋯合金粉、碳化硅粉、碳化鋯粉、二硼化一鋯粉、氮化硼和無水乙醇。
2、根據(jù)技術(shù)方案1所述的涂層材料，其特征在于，所述原料包括：硼酚醛12至14重量份，一碳化四硼3至5重量份，三硅化七鋯合金粉84至86重量份，碳化硅粉1至3重量份，碳化鋯粉2至4重量份，二硼化一鋯粉2至4重量份，氮化硼10至20重量份，無水乙醇15至21重量份。
3、根據(jù)技術(shù)方案1所述的涂層材料，其特征在于，所述原料的組成如下：硼酚醛12至14重量份，一碳化四硼3至5重量份，三硅化七鋯合金粉84至86重量份，碳化硅粉1至3重量份，碳化鋯粉2至4重量份，二硼化一鋯粉2至4重量份，氮化硼10至20重量份，無水乙醇15至21重量份。
4、根據(jù)技術(shù)方案1所述的涂層材料，其特征在于，所述氮化硼 15至18重量份。
5、根據(jù)技術(shù)方案1所述的涂層材料，其特征在于，所述所述氮化硼為六方氮化硼(HBN)、菱方氮化硼(RBN)、立方氮化硼(CBN)和纖鋅礦氮化硼(WBN)。
本發(fā)明實施例提供的用于碳-碳化硅復合材料的涂層材料，一方面涂層中存在并生成ZrC、ZrB2、SiC和BN四種陶瓷組分，它們形成了一個較合適的比例含量，使其在高溫氧化環(huán)境下生成的ZrO2、SiO2和ZrSiO4會形成一種致密、穩(wěn)定且與基材具有較高結(jié)合強度的混合物，這種混合物能夠有效阻擋氧氣的滲透進入，從而保護內(nèi)部的材料不被氧化，因此具有非常優(yōu)良的抗氧化性能；另一方面，該涂層中含有硼酚醛、碳化硼(B4C)和Zr7Si3合金粉三種活性成分，使涂層在高溫使用過程中會原位反應生成ZrC、ZrB2和SiC以及其相應的氧化產(chǎn)物，實現(xiàn)其良好的高溫抗氧化性能，可以說涂層制備所需的高溫處理工序是在使用中完成的，因此在構(gòu)件使用之前，涂層缺損的修補不需要再回爐進行高溫處理，涂層修補簡單方便。因此，該涂層材料具有超高溫(＞2000℃)抗氧化性能好、成本低、制備簡單以及易于修補的顯著優(yōu)點。
而且，原料中的氮化硼熱穩(wěn)定性和耐磨性好以及化學穩(wěn)定性強，可用作溫度傳感器套，火箭、燃燒室內(nèi)襯和等離子體噴射爐材料；用作陶瓷基復合材料的增強劑、導彈和飛行器的天線窗部件、電絕緣器、防護服、重返大氣層的降落傘以及火箭噴管鼻錐等材料；用于高溫潤滑劑、脫模劑、高頻絕緣材料和半導體的固相摻雜材料等；尤其是六方氮化硼轉(zhuǎn)化立方體，粉狀可轉(zhuǎn)化纖維狀，使其用途更加廣泛，可用作超硬材料，用于電絕緣器、天線窗、防護服、重返大氣層的降落傘以及火箭噴管鼻錐等。
本發(fā)明能夠有效解決目前飛行器耐高溫抗氧化涂層成本高、操作復雜，修復修補困難的問題。
具體實施方式
下面將對本發(fā)明的具體實施例進行詳細說明。在下面的描述中，出于解釋而非限制性的目的，闡述了具體細節(jié)，以幫助全面地理解本發(fā)明。然而，對本領域技術(shù)人員來說顯而易見的是，也可以在脫離了這些具體細節(jié)的其它實施例中實踐本發(fā)明。
下面提供幾個具體實施例及實驗數(shù)據(jù)：
實施例1
稱取12克硼酚醛，3/克碳化硼(B4C)粉，84克Zr7Si3合金粉，1克SiC粉，2克ZrC粉，2克ZrB2粉，10克氮化硼，15克無水乙醇，混合均勻即得涂層材料。
實施例2
稱取13克硼酚醛，4克碳化硼(B4C)粉，85克Zr7Si3合金粉，2克SiC粉，3克ZrC粉，3克ZrB2粉，12克氮化硼，18克無水乙醇，混合均勻即得涂層材料。
實施例3
稱取14克硼酚醛，5克碳化硼(B4C)粉，86克Zr7Si3合金粉，3克SiC粉，4克ZrC粉，4克ZrB2粉，14克氮化硼，21克無水乙醇，混合均勻即得涂層材料。
對使用了實施例3制備的涂層材料的碳-碳化硅復合材料平板進行了Tt2500K/Pt0.6MPa/Ma0.6狀態(tài)電弧風洞的600秒考核試驗，試驗后線燒蝕量僅有0.01mm，實施例1、實施例2實驗結(jié)果類似，此處不再贅述，具有很好的耐高溫、抗氧化效果。
本發(fā)明提供的用于碳-碳化硅復合材料的涂層材料，一方面涂層中存在并生成ZrC、ZrB2、SiC和BN四種陶瓷組分，形成了一個較合適的比例含量，使其在高溫氧化環(huán)境下生成的ZrO2、SiO2和ZrSiO4會形成一種致密、穩(wěn)定且與基材具有較高結(jié)合強度的混合物，這種混合物能夠有效阻擋氧氣的滲透進入，從而保護內(nèi)部的材料不被氧化，因此具有非常優(yōu)良的抗氧化性能；另一方面，該涂層中含有硼酚醛、碳化硼(B4C)和Zr7Si3合金粉三種活性成分，使涂層在高溫使用過程中會原位反應生成ZrC、ZrB2和SiC以及其相應的氧化產(chǎn)物，實現(xiàn) 其良好的高溫抗氧化性能，可以說涂層制備所需的高溫處理工序是在使用中完成的，因此在構(gòu)件使用之前，涂層缺損的修補不需要再回爐進行高溫處理，涂層修補簡單方便。因此，該涂層材料具有超高溫(＞2000℃)抗氧化性能好、成本低、制備簡單以及易于修補的顯著優(yōu)點。
如上針對一種實施例描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施例中使用，和/或與其它實施例中的特征相結(jié)合或替代其它實施例中的特征使用。
應當理解的是，根據(jù)本發(fā)明所公開的內(nèi)容以及現(xiàn)有技術(shù)，本領域技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改進和/或改變，這些經(jīng)改進和/或改變的技術(shù)方案應當理解為處在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，并沒有脫離本發(fā)明的實質(zhì)。