本發(fā)明涉及一種聚合物前驅(qū)體陶瓷外涂層的制備方法，尤其是涉及一種低熱導(dǎo)SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合涂層制備方法。

背景技術(shù)：

碳纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷基復(fù)合材料(C/SiC，CMCs)是一種新型高性能復(fù)合材料，20世紀(jì)70年代以來，成為結(jié)構(gòu)材料研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。C/SiC復(fù)合材料由于其具有以下兩方面優(yōu)勢(shì)：一方面連續(xù)碳纖維引入提高了復(fù)合材料的韌性，另一方面保留了SiC陶瓷基體強(qiáng)度高、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型高溫結(jié)構(gòu)材料和功能材料。已在軍用、民用的重要領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，例如作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件、高速制動(dòng)材料、火箭噴管、航天飛機(jī)熱防護(hù)系統(tǒng)、核反應(yīng)堆第一壁材料等。但是C/SiC復(fù)合材料在高溫高速燃?xì)猸h(huán)境下，會(huì)迅速發(fā)生氧化生成SiO₂相，可以使得C/SiC復(fù)合材料具有好的耐高溫性能，然而SiO₂相在高溫條件下與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，形成氣態(tài)的Si(OH)₄相，造成C/SiC復(fù)合材料的失效。這將大大限制了其應(yīng)用，因此C/SiC復(fù)合材料的氧化和水蒸氣腐蝕防護(hù)問題成為近年來國(guó)內(nèi)外研究的熱點(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。

環(huán)境阻障涂層(Environmental barrier coatings,EBCs)被認(rèn)為是解決SiC基復(fù)合材料高溫氧化問題和水蒸氣腐蝕問題的有效方法。Si涂層由于與C/SiC復(fù)合材料的物理、化學(xué)相容性好而普遍作為過渡層使用，但是單一的Si涂層(3.4-4.5×10^-6/℃)不能對(duì)C/SiC(4.5-5.5×10^-6/℃)基體提供有效的保護(hù)，最終在高溫有氧和水蒸氣條件下很快失效。莫來石涂層(Mullite，CTE:5.5×10^-6/℃)因其具有較好的高溫穩(wěn)定性，抗氧化性能，低氧滲透率，但是由于熱噴涂的莫來石涂層在高溫制備過程中，迅速冷卻會(huì)發(fā)生結(jié)晶轉(zhuǎn)變而引起體積收縮引起涂層中裂紋產(chǎn)生和涂層的剝落；另外，莫來石涂層在高溫燃?xì)鉀_刷條件下，會(huì)引起SiO₂的揮發(fā)，殘余的多孔Al₂O₃涂層容易層離導(dǎo)致涂層失效。為了解決以上問題，復(fù)合EBCs成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

到目前為止外涂層的制備方法多種多樣，主要有以下幾種：大氣等離子噴涂法(APS)，化學(xué)氣相沉積(CVD)，料漿涂覆法(Slurry dip-coating)，溶膠-凝膠法(Sol-gel)，磁控濺射法，電子束物理氣相淀積(EB-PVD)和聚合物先驅(qū)體陶瓷涂層法等。采用單獨(dú)大氣等離子噴涂技術(shù)制備C/SiC復(fù)合材料環(huán)境阻障涂層雖然可以調(diào)控制備片層狀結(jié)構(gòu)，涂層中存在一定的氣孔率，但是具體孔的結(jié)構(gòu)、均勻分布和孔徑的尺寸難以控制，無法實(shí)現(xiàn)涂層熱導(dǎo)率及致密性的調(diào)控；同時(shí)由于熱應(yīng)力的存在，導(dǎo)致涂層中出現(xiàn)垂直裂紋，這樣將會(huì)對(duì)涂層后期性能不利。采用化學(xué)氣相沉積制備的涂層需要在900-1200℃的高溫條件下進(jìn)行，且沉積效率低，成本高，涂層中組成難以控制，尾氣難以回收處理。采用溶膠-凝膠法制備的外涂層表面容易開裂并且涂層厚度不足及需要后期高溫?zé)崽幚淼娜秉c(diǎn)。而采用料漿涂覆法制備涂層仍然存要多次反復(fù)旋涂且不能一次制備完成，需要后期熱處理的弊端。同樣磁控濺射法和電子束物理氣相沉積法雖然已經(jīng)制備出環(huán)境阻障涂層，但是該工藝沉積效率低，需要前期靶材的制備，對(duì)設(shè)備要求較高且難以控制，所制備的高溫環(huán)境阻障性能尚需要進(jìn)一步的提高。還有采用聚合物先驅(qū)體陶瓷法制備涂層方法，此種方法直接制備涂層將會(huì)產(chǎn)生涂層體積收縮并且同時(shí)涂層的沉積效率低且致密性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種不僅制備效率高，而且界面結(jié)合好、制備周期短的低熱導(dǎo)SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合涂層制備方法，在靜電紡絲技術(shù)輔助條件下，可以獲得不同成分且多孔中空結(jié)構(gòu)的微球，可以有效用于超音速等離子噴涂制備均勻可控多孔結(jié)構(gòu)的涂層。此涂層具有較好的界面結(jié)合性能和低熱導(dǎo)的特性，可以有效獲得均勻多相的SiCN-Y₂SiO₅復(fù)合環(huán)境阻障涂層，不需要后期熱處理。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種低熱導(dǎo)SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合涂層制備方法，采用以下步驟：

(1)以無水乙醇為球磨介質(zhì)，采用行星球磨Y₂SiO₅粉體，干燥后研磨得到陶瓷骨料粉Y₂SiO₅，采用加入過氧化二異丙苯交聯(lián)后的聚硅氮烷在管式爐中，氬氣氣氛保護(hù)下熱解得到SiCN陶瓷粉末；

(2)將陶瓷骨料粉Y₂SiO₅和SiCN按照質(zhì)量比為4～9∶1～6均勻研磨混合后分別分散于異丙醇溶劑中，采用磁力攪拌5-20min，再向其中加入0.2-10wt％聚乙烯醇作為分散劑，繼續(xù)磁力攪拌5-20min，然后采用細(xì)胞超聲粉碎機(jī)超聲震蕩10-40min得到均勻的懸浮液；

(3)向懸浮液中加入環(huán)氧樹脂和聚醚砜樹脂組成的混合粘結(jié)劑，然后控制攪拌轉(zhuǎn)速為200-600r/min，機(jī)械攪拌6-24h，同時(shí)采用30-70℃恒溫油浴加熱，確保粘結(jié)劑在懸浮液中充分溶解混合；

(4)將混合得到的料漿放入真空干燥器中抽真空排除料漿中的空氣，然后轉(zhuǎn)入注射器中，再把注射器裝入精密注射泵上，并連接注射器與噴嘴；分別將噴嘴和盛去離子水的接收容器連接電源的正極和負(fù)極，同時(shí)打開電源和注射泵進(jìn)行電噴制備，結(jié)束后將得到的多孔微球前驅(qū)體靜置，過濾后自然晾干；

(5)將得到的多孔微球前驅(qū)體放入1000-1250℃高溫箱式爐中燒結(jié)保溫1-4h，控制升溫速率和降溫速率均為2-6℃/min，再過篩得到30-125μm的多孔復(fù)合陶瓷微球；

(6)將得到的多孔復(fù)合陶瓷微球在帶有Si/mullite涂層的C/SiC復(fù)合材料試樣表面采用超音速等離子噴涂制備得到SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層。

步驟(1)中陶瓷骨料粉Y₂SiO₅的粒徑為0.5-1μm，SiCN陶瓷粉末的粒徑為20-120nm，管式爐的溫度控制在1000-1400℃，熱解1-5h，升溫速率和降溫速率均為2-8℃/min。

步驟(2)中所述的懸浮液中陶瓷骨料粉Y₂SiO₅與異丙醇的質(zhì)量比為1～8∶2～10。

步驟(3)中所述的混合粘結(jié)劑在懸浮液中的濃度為5-12wt％，該種混合粘結(jié)劑由質(zhì)量比為1～4∶1～9的環(huán)氧樹脂和聚醚砜樹脂組成。

步驟(4)中電噴涂過程中控制注射速率為1.5-4.0mL/min，電源電壓為5-20kV。

本發(fā)明為了獲得具有多孔和中空結(jié)構(gòu)的低熱導(dǎo)率的陶瓷微球，進(jìn)而后期制備均勻多孔的低熱導(dǎo)SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層；并且選用了靜電紡絲技術(shù)制備多孔和中空微球，以上工藝條件是通過大量實(shí)驗(yàn)，結(jié)合靜電紡絲技術(shù)制備中空陶瓷微球的原理總結(jié)分析的數(shù)據(jù)結(jié)果。如果不在上述工藝條件下，無法獲得本申請(qǐng)的有益效果，其原因如下：一方面，陶瓷粉SiCN與Y₂SiO₅只有具有以上合適的配比，保證涂層具有優(yōu)異的抗氧化和抗水蒸氣腐蝕的性能，同時(shí)兩種陶瓷粉顆粒粒徑不同，微納米復(fù)合粉體的燒結(jié)工藝調(diào)控，對(duì)多孔中空陶瓷粉的結(jié)構(gòu)有利；另一方面，只有在以上工藝條件下，陶瓷粉可以均勻的懸浮于溶劑中，粘結(jié)劑可以充分調(diào)制料漿的粘度和懸浮效果，以上的料漿噴射工藝參數(shù)有利于獲得本發(fā)明要求的陶瓷微球的粒徑范圍，從而有效制備所需的復(fù)合涂層。

步驟(6)進(jìn)行超音速等離子噴涂時(shí)，控制電壓為350-500V，電流為100-200A，氬氣流量為80-120L/min，氫氣流量為8-20L/min，送粉器流量為2-10g/min，噴槍移動(dòng)的速率為400-1000mm/s，噴涂距離為8-15mm，基體預(yù)熱溫度為300-800℃，噴涂次數(shù)為20-50次，噴涂結(jié)束后自然冷卻到室溫，得到SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層。本發(fā)明為了獲得多孔低熱導(dǎo)且界面結(jié)合較好的涂層，同時(shí)涂層沉積效率高的制備方法，選用了以上超音速等離子噴涂技術(shù)；以上工藝參數(shù)都是通過大量實(shí)驗(yàn)，分析總結(jié)而得到的。如果不在上述工藝條件下，多孔陶瓷微球的熔融不好，陶瓷微球的流速不合適，有可能制備出疏松，燒結(jié)不好且界面結(jié)合較差的涂層；反之，噴涂火焰熔融溫度過高，陶瓷微球流速過快，使得多孔微球的微孔和介孔無法保留，涂層較為致密，同時(shí)沉積過程基板溫度過高也會(huì)降低涂層界面結(jié)合和產(chǎn)生熱應(yīng)力導(dǎo)致涂層中存在缺陷。

靜電紡絲技術(shù)裝置是由基座、噴射口、高壓電源和接收容器組成。在噴射頭與接收容器之間施加一個(gè)高壓電場(chǎng)，電壓通常從1kV到20kV。需要紡絲的材料首先被溶解于或者懸浮于適當(dāng)?shù)娜軇┲?，適當(dāng)加入懸浮劑和成形劑攪拌均勻，加入到帶有不同尺寸噴射口的容器中。在噴射口和接收容器之間施加的電場(chǎng)力與液體表面張力的作用方向相反，就會(huì)在半球形狀的液滴表面產(chǎn)生一個(gè)向外的力。當(dāng)電場(chǎng)逐漸增強(qiáng)時(shí)，溶液中的同性電荷被迫聚集在液滴表面，液滴表面電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)使噴射口的液滴由半球形逐漸變?yōu)殄F形(Taylor錐)。當(dāng)電場(chǎng)足夠大時(shí)，射流就從液滴表面噴出。一般來說，溶液的導(dǎo)電性越強(qiáng)，越容易形成噴射。噴射流隨后被電場(chǎng)力加速并拉長(zhǎng)，溶液的粘度和注射速率不同，所形成的液滴大小不同，進(jìn)而落入接受容器中發(fā)生相轉(zhuǎn)化的顆粒大小不同，最終獲得不同尺寸的微球顆?；蛘卟煌叽绲睦w維。然后將所固化得到的微球顆粒，通過過濾，自然晾干，熱處理等過程，即可得到不同顆粒尺寸，多孔的陶瓷微球。此種微球具有多孔中空結(jié)構(gòu)，通過后期工藝的調(diào)控可以得到包含微孔和介孔的陶瓷微球，可以有效降低陶瓷粉末的熱導(dǎo)率。此種粉末具有特殊的多孔結(jié)構(gòu)，這對(duì)于制備低熱導(dǎo)和不同組成結(jié)構(gòu)的環(huán)境阻障涂層具有重要的意義。在靜電紡絲技術(shù)輔助條件下，可以獲得不同成分的微球粉末，進(jìn)而采用等離子噴涂技術(shù)制備多組分復(fù)合環(huán)境阻障涂層。本發(fā)明利用以上制備技術(shù)合成Y₂SiO₅/SiCN中空微球，結(jié)合大氣等離子噴涂實(shí)現(xiàn)了在可控條件下獲得均勻的、低熱導(dǎo)，具有顯微結(jié)構(gòu)的、抗氧化的SiCN-Y₂SiO₅復(fù)合環(huán)境阻障涂層。此外，靜電紡絲技術(shù)還具有操作簡(jiǎn)單方便、成本低、易控制等特點(diǎn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)采用靜電紡絲技術(shù)輔助超音速等離子噴涂方法制備SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層厚度均一、表面無裂紋且呈現(xiàn)均勻分布的微孔和介孔結(jié)構(gòu)。首先為了獲得低熱導(dǎo)且抗氧化和抗水蒸氣性能優(yōu)異的SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層，采用靜電紡絲技術(shù)容易制備多孔且中空的陶瓷微球，同時(shí)可以對(duì)微球粉末成分進(jìn)行調(diào)控，且微球的流動(dòng)性較好便于后期噴涂使用；可以通過控制微球的燒結(jié)，進(jìn)而控制為微球的結(jié)構(gòu)和性能。另外，超音速等離子噴涂可以高效制備陶瓷涂層，并且涂層的力學(xué)性能和界面結(jié)合性能都很好，并且在控制噴涂工藝，可以有效保留原始多孔微球的微孔和介孔結(jié)構(gòu)，從而更容易獲得厚度均勻的低熱導(dǎo)環(huán)境阻障外涂層，此方法也適合應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

(2)制備得到的SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層結(jié)晶性良好、涂層強(qiáng)度高且界面結(jié)合較好，多孔結(jié)構(gòu)有效降低了涂層的熱導(dǎo)率同時(shí)可以阻止裂紋的形成，具有較好的抗熱震性能和抗水蒸氣氧化性能。

(3)制備得到的SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層成分和微觀結(jié)構(gòu)易調(diào)控，原料易得，效率高，適合工業(yè)生產(chǎn)。

(4)制備得到的環(huán)境阻障復(fù)合涂層具有優(yōu)良的抗氧化和抗水蒸氣腐蝕性能，能在1400℃的水蒸氣-氧氣(50％H₂O-50％O₂)環(huán)境下對(duì)C/SiC復(fù)合材料有效保護(hù)200h，氧化失重小于2％。

附圖說明

圖1為制備的SiCN-Y₂SiO₅中空陶瓷微球的SEM照片；

圖2為SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層斷面的SEM照片；

圖3為SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

一種低熱導(dǎo)SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合涂層制備方法，采用以下步驟：

(1)取采用固相燒結(jié)法(Ziqi Sun,Meishuan Li,Yanchun Zhou.Thermal properties of single-phase Y₂SiO₅[J].Journal of the European Ceramic Society.29(2009)551-557.)合成的Y₂SiO₅粉體，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，采用行星球磨48h，干燥后采用瑪瑙研缽研磨待用(0.5-1μm)；采用經(jīng)過加入20Wt％過氧化二異丙苯(DCP)交聯(lián)后的聚硅氮烷(西北工業(yè)大學(xué)制備的，PSN)通過1200℃高溫管式爐，氬氣氣氛保護(hù)下熱解2h，控制升溫速率和降溫速率均為5℃/min，即可得到SiCN陶瓷粉末(60nm)；

(2)將以上陶瓷骨料粉Y₂SiO₅和SiCN按照質(zhì)量比為(6∶4)均勻研磨混合后分別分散于異丙醇溶劑中，采用磁力攪拌15min，再向其中加入5.0Wt％聚乙烯醇(PVA)作為分散劑，繼續(xù)磁力攪拌15min，然后采用細(xì)胞超聲粉碎機(jī)超聲震蕩20min得到均勻的懸浮液A，控制懸浮液A中陶瓷骨料與異丙醇的質(zhì)量比為(3∶5)；

(3)將懸浮液A轉(zhuǎn)入到錐形瓶中，同時(shí)加入10Wt％混合粘結(jié)劑環(huán)氧樹脂和聚醚砜樹脂，控制其質(zhì)量比為(1∶1)，然后此錐形瓶安裝到鐵架臺(tái)上，采用機(jī)械攪拌12h，調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min，同時(shí)采用50℃恒溫油浴加熱，確保粘結(jié)劑在懸浮液中充分溶解混合；

(4)將上述配置好的料漿，放入真空干燥器中抽真空排除料漿中的空氣，然后轉(zhuǎn)入100mL注射器中，再把注射器裝入精密注射泵上，并連接注射器與噴嘴；分別將噴嘴和盛去離子水的接收容器連接電源的正極和負(fù)極，同時(shí)打開電源和注射泵進(jìn)行電噴制備，控制注射速率為2.5mL/min，電源電壓為15kV。電噴制備結(jié)束后，將制備的多孔微球前驅(qū)體靜置，過濾后自然晾干；

(5)將以上多孔微球前驅(qū)體放入1200℃高溫箱式爐中燒結(jié)保溫2h，控制升溫速率和降溫速率均為5℃/min，即可得到不同孔徑結(jié)構(gòu)的多孔復(fù)合陶瓷微球，然后過篩得到50-75μm的噴涂粉末。

(6)取出步驟(5)中的多孔噴涂粉末，在帶有Si/mullite涂層的C/SiC復(fù)合材料試樣表面采用超音速等離子噴涂制備多孔，低熱導(dǎo)和抗氧化SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層，控制電壓為400V，電流為140A，氬氣流量為100L/min，氫氣流量為10L/min，送粉器流量為5g/min，噴槍移動(dòng)的速率為800mm/s，噴涂距離為9mm，基體預(yù)熱溫度為600℃，噴涂次數(shù)為30次，噴涂結(jié)束后自然冷卻到室溫，即可得到C/SiC復(fù)合材料SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層。

由圖1可看出本發(fā)明實(shí)施例1所制備SiCN-Y₂SiO₅中空陶瓷微球呈現(xiàn)多孔且中空結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)均勻且尺寸分布范圍窄，約為50-75μm。所制備的SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層厚度均一且存在均勻分布的微孔和介孔，涂層厚度大約為150μm，見圖2。圖3為SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系曲線，從圖中可以看出，實(shí)施例1所制備的SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層具有較低的熱導(dǎo)率，復(fù)合外涂層熱導(dǎo)率在473-1173K溫度范圍內(nèi)，熱導(dǎo)率在1.4-2.2W/(m K)內(nèi)變化，當(dāng)溫度為873K時(shí)，其熱導(dǎo)率為1.4W/(m K)。

實(shí)施例2：

一種低熱導(dǎo)SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合涂層制備方法，采用以下步驟：

(1)取采用固相燒結(jié)法(Ziqi Sun,Meishuan Li,Yanchun Zhou.Thermal properties of single-phase Y₂SiO₅[J].Journal of the European Ceramic Society.29(2009)551-557.)合成的Y₂SiO₅粉體，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，采用行星球磨48h，干燥后采用瑪瑙研缽研磨待用(0.5-1μm)；采用經(jīng)過加入20Wt％過氧化二異丙苯(DCP)交聯(lián)后的聚硅氮烷(西北工業(yè)大學(xué)制備的，PSN)通過1100℃高溫管式爐，氬氣氣氛保護(hù)下熱解3h，控制升溫速率和降溫速率均為4℃/min，即可得到SiCN陶瓷粉末(80nm)；

(2)將以上陶瓷骨料粉Y₂SiO₅和SiCN按照質(zhì)量比為(5∶5)均勻研磨混合后分別分散于異丙醇溶劑中，采用磁力攪拌5min，再向其中加入0.5Wt％聚乙烯醇(PVA)作為分散劑，繼續(xù)磁力攪拌5min，然后采用細(xì)胞超聲粉碎機(jī)超聲震蕩15min得到均勻的懸浮液A，控制懸浮液A中陶瓷骨料與異丙醇的質(zhì)量比為(2∶5)；

(3)將懸浮液A轉(zhuǎn)入到錐形瓶中，同時(shí)加入5Wt％混合粘結(jié)劑環(huán)氧樹脂和聚醚砜樹脂，控制其質(zhì)量比為(1∶2)，然后此錐形瓶安裝到鐵架臺(tái)上，采用機(jī)械攪拌24h，調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min，同時(shí)采用40℃恒溫油浴加熱，確保粘結(jié)劑在懸浮液中充分溶解混合；

(4)將上述配置好的料漿，放入真空干燥器中抽真空排除料漿中的空氣，然后轉(zhuǎn)入100mL注射器中，再把注射器裝入精密注射泵上，并連接注射器與噴嘴；分別將噴嘴和盛去離子水的接收容器連接電源的正極和負(fù)極，同時(shí)打開電源和注射泵進(jìn)行電噴制備，控制注射速率為3mL/min，電源電壓為10kV。電噴制備結(jié)束后，將制備的多孔微球前驅(qū)體靜置，過濾后自然晾干；

(5)將以上多孔微球前驅(qū)體放入1000℃高溫箱式爐中燒結(jié)保溫3h，控制升溫速率和降溫速率均為5℃/min，即可得到不同孔徑結(jié)構(gòu)的多孔復(fù)合陶瓷微球，然后過篩得到30-50μm的噴涂粉末。

(6)取出步驟(5)中的多孔噴涂粉末，在帶有Si/mullite涂層的C/SiC復(fù)合材料試樣表面采用超音速等離子噴涂制備多孔，低熱導(dǎo)和抗氧化SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層，控制電壓為350V，電流為120A，氬氣流量為90L/min，氫氣流量為12L/min，送粉器流量為6g/min，噴槍移動(dòng)的速率為600mm/s，噴涂距離為8mm，基體預(yù)熱溫度為500℃，噴涂次數(shù)為25次，噴涂結(jié)束后自然冷卻到室溫，即可得到C/SiC復(fù)合材料SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層。

實(shí)施例3：

一種低熱導(dǎo)SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合涂層制備方法，采用以下步驟：

(1)取采用固相燒結(jié)法(Ziqi Sun,Meishuan Li,Yanchun Zhou.Thermal properties of single-phase Y₂SiO₅[J].Journal of the European Ceramic Society.29(2009)551-557.)合成的Y₂SiO₅粉體，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，采用行星球磨48h，干燥后采用瑪瑙研缽研磨待用(0.5-1μm)；采用經(jīng)過加入20Wt％過氧化二異丙苯(DCP)交聯(lián)后的聚硅氮烷(西北工業(yè)大學(xué)制備的，PSN)通過1000℃高溫管式爐，氬氣氣氛保護(hù)下熱解4h，控制升溫速率和降溫速率均為2℃/min，即可得到SiCN陶瓷粉末(120nm)；

(2)將以上陶瓷骨料粉Y₂SiO₅和SiCN按照質(zhì)量比為(7∶3)均勻研磨混合后分別分散于異丙醇溶劑中，采用磁力攪拌10min，再向其中加入0.8Wt％聚乙烯醇(PVA)作為分散劑，繼續(xù)磁力攪拌10min，然后采用細(xì)胞超聲粉碎機(jī)超聲震蕩25min得到均勻的懸浮液A，控制懸浮液A中陶瓷骨料與異丙醇的質(zhì)量比為(4∶7)；

(3)將懸浮液A轉(zhuǎn)入到錐形瓶中，同時(shí)加入5Wt％混合粘結(jié)劑環(huán)氧樹脂和聚醚砜樹脂，控制其質(zhì)量比為(1∶4)，然后此錐形瓶安裝到鐵架臺(tái)上，采用機(jī)械攪拌18h，調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速為380r/min，同時(shí)采用45℃恒溫油浴加熱，確保粘結(jié)劑在懸浮液中充分溶解混合；

(4)將上述配置好的料漿，放入真空干燥器中抽真空排除料漿中的空氣，然后轉(zhuǎn)入100mL注射器中，再把注射器裝入精密注射泵上，并連接注射器與噴嘴；分別將噴嘴和盛去離子水的接收容器連接電源的正極和負(fù)極，同時(shí)打開電源和注射泵進(jìn)行電噴制備，控制注射速率為2.0mL/min，電源電壓為20kV。電噴制備結(jié)束后，將制備的多孔微球前驅(qū)體靜置，過濾后自然晾干；

(5)將以上多孔微球前驅(qū)體放入1100℃高溫箱式爐中燒結(jié)保溫2.5h，控制升溫速率和降溫速率均為5℃/min，即可得到不同孔徑結(jié)構(gòu)的多孔復(fù)合陶瓷微球，然后過篩得到75-100μm的噴涂粉末。

(6)取出步驟(5)中的多孔噴涂粉末，在帶有Si/mullite涂層的C/SiC復(fù)合材料試樣表面采用超音速等離子噴涂制備多孔，低熱導(dǎo)和抗氧化SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層，控制電壓為380V，電流為130A，氬氣流量為100L/min，氫氣流量為10L/min，送粉器流量為8g/min，噴槍移動(dòng)的速率為700mm/s，噴涂距離為10mm，基體預(yù)熱溫度為550℃，噴涂次數(shù)為35次，噴涂結(jié)束后自然冷卻到室溫，即可得到C/SiC復(fù)合材料SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層。

實(shí)施例4

一種低熱導(dǎo)SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合涂層制備方法，采用以下步驟：

(1)以無水乙醇為球磨介質(zhì)，采用行星球磨Y₂SiO₅粉體，干燥后研磨得到粒徑為0.5μm的陶瓷骨料粉Y₂SiO₅，采用加入過氧化二異丙苯交聯(lián)后的聚硅氮烷在管式爐中，控制升溫速率和降溫速率為2℃/min，在氬氣氣氛保護(hù)下于1000℃熱解5h，得到粒徑為20nm的SiCN陶瓷粉末；

(2)將陶瓷骨料粉Y₂SiO₅和SiCN按照質(zhì)量比為4∶1均勻研磨混合后分別分散于異丙醇溶劑中，采用磁力攪拌5min，再向其中加入0.2wt％聚乙烯醇作為分散劑，繼續(xù)磁力攪拌5min，然后采用細(xì)胞超聲粉碎機(jī)超聲震蕩10min得到均勻的懸浮液，懸浮液中陶瓷骨料粉Y₂SiO₅與異丙醇的質(zhì)量比為1∶2；

(3)向懸浮液中加入環(huán)氧樹脂和聚醚砜樹脂按質(zhì)量比為1∶1組成的混合粘結(jié)劑，混合粘結(jié)劑在懸浮液中的濃度為5wt％，然后控制攪拌轉(zhuǎn)速為200r/min，機(jī)械攪拌6h，同時(shí)采用30℃恒溫油浴加熱，確保粘結(jié)劑在懸浮液中充分溶解混合；

(4)將混合得到的料漿放入真空干燥器中抽真空排除料漿中的空氣，然后轉(zhuǎn)入注射器中，再把注射器裝入精密注射泵上，并連接注射器與噴嘴；分別將噴嘴和盛去離子水的接收容器連接電源的正極和負(fù)極，同時(shí)打開電源和注射泵進(jìn)行電噴制備，電噴涂過程中控制注射速率為1.5mL/min，電源電壓為5kV，結(jié)束后將得到的多孔微球前驅(qū)體靜置，過濾后自然晾干；

(5)將得到的多孔微球前驅(qū)體放入1000℃高溫箱式爐中燒結(jié)保溫4h，控制升溫速率和降溫速率均為2℃/min，再過篩得到30μm的多孔復(fù)合陶瓷微球；

(6)將得到的多孔復(fù)合陶瓷微球在帶有Si/mullite涂層的C/SiC復(fù)合材料試樣表面采用超音速等離子噴涂，控制電壓為350V，電流為100A，氬氣流量為80L/min，氫氣流量為8L/min，送粉器流量為2g/min，噴槍移動(dòng)的速率為400mm/s，噴涂距離為8mm，基體預(yù)熱溫度為300℃，噴涂次數(shù)為20次，噴涂結(jié)束后自然冷卻到室溫，得到SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層。

實(shí)施例5

一種低熱導(dǎo)SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合涂層制備方法，采用以下步驟：

(1)以無水乙醇為球磨介質(zhì)，采用行星球磨Y₂SiO₅粉體，干燥后研磨得到粒徑為1μm的陶瓷骨料粉Y₂SiO₅，采用加入過氧化二異丙苯交聯(lián)后的聚硅氮烷在管式爐中，控制升溫速率和降溫速率為8℃/min，在氬氣氣氛保護(hù)下于1400℃熱解1h，得到粒徑為120nm的SiCN陶瓷粉末；

(2)將陶瓷骨料粉Y₂SiO₅和SiCN按照質(zhì)量比為9∶6均勻研磨混合后分別分散于異丙醇溶劑中，采用磁力攪拌20min，再向其中加入10wt％聚乙烯醇作為分散劑，繼續(xù)磁力攪拌20min，然后采用細(xì)胞超聲粉碎機(jī)超聲震蕩40min得到均勻的懸浮液，懸浮液中陶瓷骨料粉Y₂SiO₅與異丙醇的質(zhì)量比為8∶10；

(3)向懸浮液中加入環(huán)氧樹脂和聚醚砜樹脂按質(zhì)量比為4∶9組成的混合粘結(jié)劑，混合粘結(jié)劑在懸浮液中的濃度為12wt％，然后控制攪拌轉(zhuǎn)速為600r/min，機(jī)械攪拌24h，同時(shí)采用70℃恒溫油浴加熱，確保粘結(jié)劑在懸浮液中充分溶解混合；

(4)將混合得到的料漿放入真空干燥器中抽真空排除料漿中的空氣，然后轉(zhuǎn)入注射器中，再把注射器裝入精密注射泵上，并連接注射器與噴嘴；分別將噴嘴和盛去離子水的接收容器連接電源的正極和負(fù)極，同時(shí)打開電源和注射泵進(jìn)行電噴制備，電噴涂過程中控制注射速率為4mL/min，電源電壓為20kV，結(jié)束后將得到的多孔微球前驅(qū)體靜置，過濾后自然晾干；

(5)將得到的多孔微球前驅(qū)體放入1250℃高溫箱式爐中燒結(jié)保溫1h，控制升溫速率和降溫速率均為6℃/min，再過篩得到125μm的多孔復(fù)合陶瓷微球；

(6)將得到的多孔復(fù)合陶瓷微球在帶有Si/mullite涂層的C/SiC復(fù)合材料試樣表面采用超音速等離子噴涂，控制電壓為500V，電流為200A，氬氣流量為120L/min，氫氣流量為20L/min，送粉器流量為10g/min，噴槍移動(dòng)的速率為1000mm/s，噴涂距離為15mm，基體預(yù)熱溫度為800℃，噴涂次數(shù)為50次，噴涂結(jié)束后自然冷卻到室溫，得到SiCN-Y₂SiO₅環(huán)境阻障復(fù)合外涂層。