一種C/C復(fù)合材料表面制備抗熱震性能優(yōu)越的Si-Mo-Cr涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于在C/C復(fù)合材料表面制備涂層的方法，具體設(shè)及一種C/C復(fù)合材料表面 制備抗熱震性能優(yōu)越的Si-Mo-化涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳/碳(C/C)復(fù)合材料是W碳(或石墨)纖維及其織物為增強(qiáng)材料，W碳(或石墨)為 基體，通過加工處理和碳化處理制成的全碳質(zhì)復(fù)合材料。由于C/C復(fù)合材料是由碳基體與增 強(qiáng)碳纖維組成，碳在高溫下容易氧化，導(dǎo)致各種性能明顯下降。在表面制備抗氧化涂層可W 有效提高C/C復(fù)合材料高溫下的服役穩(wěn)定性。娃基陶瓷涂層，如Si-Mo-化涂層，在高溫下可 與氧反應(yīng)生成具有自愈合能力、氧滲透率較低、均勻連續(xù)致密的Si化玻璃態(tài)保護(hù)薄膜，可實 現(xiàn)C/C基體與氧的隔絕。盡管與C/C復(fù)合材料具有良好化學(xué)相容性，當(dāng)受到從室溫至高溫的 熱沖擊時，Si-Mo-化涂層與C/C基體間因熱膨脹失配產(chǎn)生的熱應(yīng)力會導(dǎo)致涂層開裂剝落。
[0003] 目前，添加 SiC納米線來增強(qiáng)增初娃基陶瓷涂層，可W有效抑制涂層的開裂趨勢， 提高涂層的抗氧化能力。文獻(xiàn)一"Qiu Y,Li H,Li L,et al .Oxidation protection of C/C composites by ultra-long SiC nanowire-reinforced SiC-Si coating[J].Corrosion Science,2014,84(3) :204-208/'在SiC-Si涂層中引入SiC納米線，有效抑制了涂層中裂紋 的擴(kuò)展，1500°C氧化16化后試樣的失重率僅為0.44%。上述研究在涂層中引入SiC納米線， 但涂層與C/C基體的界面結(jié)合狀態(tài)仍未得到有效改善，涂層易剝落的問題依然存在。針對涂 層與基體界面結(jié)合狀態(tài)，文獻(xiàn)二 "Shan Y,Fu Q, Wen S,et al. Improvement in thermal fatigue behavior of Si-Mo-Cr coated C/C composites through modification of the C/C-co曰ting interf曰ce[J]. Surface 曰nd Co曰tings Technology,2014,258:114- 120."采用預(yù)氧化的辦法在C/C復(fù)合材料(密度1.75g/cm3)表面構(gòu)造多孔層，再采用包埋浸 滲法在C/C基體和Mo-Si-化涂層間構(gòu)造出鑲嵌界面結(jié)構(gòu)，使得涂層C/C復(fù)合材料在經(jīng)受15次 從1773K至室溫的熱循環(huán)后強(qiáng)度保持率達(dá)到了 82.97%。該研究采用預(yù)氧化的辦法首先構(gòu)造 出粗糖和多孔的表面結(jié)構(gòu)，反應(yīng)較難控制。而且氧化時間較長，會在一定程度上損傷C/C復(fù) 合材料的力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 要解決的技術(shù)問題
[0005] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種C/C復(fù)合材料表面制備抗熱震性 能優(yōu)越的Si-Mo-Cr涂層的方法，提高Si-Mo-Cr涂層在高低溫交變環(huán)境中的抗熱震性能，是 一種構(gòu)造 C/C-Si-Mo-Cr鑲嵌界面層和引入SiC納米線相結(jié)合來提高Si-Mo-Cr涂層抗熱震性 能的方法。
[0006] 技術(shù)方案
[0007] -種C/C復(fù)合材料表面制備抗熱震性能優(yōu)越的Si-Mo-Cr涂層的方法，其特征在于 步驟如下：
[0008] 步驟1、預(yù)處理C/C復(fù)合材料:將熱梯度化學(xué)氣相滲透法制成的C/C復(fù)合材料超聲清 洗后烘干；
[0009] 步驟2、在C/C復(fù)合材料表面構(gòu)造多孔層:將氧乙烘槍W(xué)90°角對準(zhǔn)預(yù)處理后的C/C 復(fù)合材料進(jìn)行燒蝕，燒蝕結(jié)束后采用超聲清洗，并烘干；
[0010] 所述氧乙烘槍與C/C復(fù)合材料的距離為8~12mm，燒蝕時間為25~50s;
[OOW 步驟3、在C/C復(fù)合材料表面制備SiC納米線多孔層：
[0012] 稱取質(zhì)量百分比為10~20%的Si粉，質(zhì)量百分比為15~30%的C粉和質(zhì)量百分比 為55~75%的Si化粉，球磨處理后將混合粉料放入石墨相蝸底部;再將步驟2制備的含有多 孔表面層的C/C復(fù)合材料用炭繩捆綁后懸掛在相蝸內(nèi)的粉料上方;將石墨相蝸放入石墨發(fā) 熱體的真空反應(yīng)爐中，對真空爐進(jìn)行真空處理后，通氣氣至常壓，然后W5~l(TC/min升溫 速度將爐溫從室溫升至1500~1700°C，保溫1~3小時；隨后關(guān)閉電源自然冷卻至室溫，全程 氣氣保護(hù)；
[0013] 步驟4、包埋浸滲法制備Si-Mo-化涂層;分別稱取質(zhì)量百分比為45-60%Si粉，質(zhì)量 百分比為25-30%MoSi2粉，質(zhì)量百分比為5-15%Cr粉和質(zhì)量百分比為8-15%C粉，球磨混合 處理后將粉料置于小相蝸中，再將步驟3得到的C/C復(fù)合材料埋入粉料中，一并置于包埋爐 中，通入氣氣W4~8°C/min的升溫速率將包埋爐升溫到1900~2300°C，保溫1~地，在C/C復(fù) 合材料表面得到抗熱震性能優(yōu)越的Si-Mo-化陶瓷涂層。
[0014] 所述C/C復(fù)合材料的密度為1.65~1.75g/cm3。
[0015] 所述步驟1的烘干溫度為70~9(TC。
[0016] 所述氧乙烘槍口內(nèi)徑為2~4mm，氧氣流量為0.88~1.51mVh，乙烘流量為0.65~ 1.12mVh。
[0017] 所述步驟2的烘干溫度為70~9(TC。
[0018] 所述步驟3和步驟4制備粉料的球磨混合處理時間為2~4小時。
[0019] 所述步驟1和步驟2超聲清洗采用蒸饋水。
[0020] 有益效果
[0021] 本發(fā)明提出的一種C/C復(fù)合材料表面制備抗熱震性能優(yōu)越的Si-Mo-Cr涂層的方 法，通過對C/C復(fù)合材料燒蝕處理-制備SiC納米線-包埋法在C/C復(fù)合材料制備Si-Mo-Cr陶 瓷涂層。具體過程為:將C/C復(fù)合材料清洗后烘干備用;調(diào)節(jié)氧氣和乙烘流量，充分混合點燃 后對C/C復(fù)合材料進(jìn)行燒蝕處理，快速高效地獲得含多孔表面層的C/C復(fù)合材料;化學(xué)氣相 沉積法制備SiC納米線;采用包埋法在C/C復(fù)合材料表面制備Si-Mo-化陶瓷涂層。
[0022] 本發(fā)明的有益效果:采用氧乙烘火焰下在C/C復(fù)合材料表面構(gòu)建多孔層，然后在多 孔層表面制備SiC納米線，再采用包埋法制備Si-Mo-化涂層。本發(fā)明將構(gòu)建C/C-Si-Mo-化鑲 嵌界面層和引入SiC納米線相結(jié)合，在增初Si-Mo-Cr涂層的同時改善Si-Mo-化涂層與C/C復(fù) 合材料之間的界面結(jié)合狀態(tài)，有效緩解涂層與基體間的熱膨脹系數(shù)不匹配，進(jìn)而提高Si- Mo-化涂層的抗熱震性能。與未經(jīng)處理制備的具有平直界面的 Si-Mo-Cr 陶瓷涂層試樣相比， 涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度提高了 40%~70%。當(dāng)經(jīng)歷20次1600至室溫的氧乙烘燒蝕環(huán)境下 的熱震后，試樣失重率降低了50~70%。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明工藝流程圖
[0024] 圖2是C/C復(fù)合材料經(jīng)燒蝕處理后表面的微觀照片
[0025] 圖3是本發(fā)明所制備Si-Mo-化納米線多孔層的微觀照片
[0026] 圖4是本發(fā)明所制備Si-Mo-化涂層的截面照片
【具體實施方式】
[0027] 現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0028] 本發(fā)明的具體過程為：
[0029] 步驟1，預(yù)處理C/C復(fù)合材料試樣；選取熱梯度化學(xué)氣相滲透法制成的C/C復(fù)合材 料，密度為1.65~1.75g/cm3,將其加工成尺寸為010 mm X 10 m批圓柱形后打磨，用蒸饋 水超聲清洗，后放入烘箱內(nèi)烘干備用，烘干溫度為70~90°C ;
[0030] 步驟2，在C/C復(fù)合材料表面構(gòu)造多孔層;具體過程為：
[0031] 1)調(diào)節(jié)氧乙烘火焰中氧氣和乙烘的氣體流量;氧乙烘槍口內(nèi)徑為2~4mm，氧氣流 量為0.88~1.51m3A，乙烘流量為0.65~1.12m3A。將氧氣和乙烘充分混合后點燃；
[0032] 2)燒蝕處理構(gòu)造表面多孔層;將加工好的C/村式樣放置于試樣臺，將氧乙烘槍W(xué) 90°角對準(zhǔn)C/C試樣進(jìn)行燒蝕，氧乙烘槍與試樣的距離為8~12mm，燒蝕時間為25~50s。燒蝕 結(jié)束后，將試樣用蒸饋水超聲清洗。最后放入烘箱內(nèi)烘干備用，烘干溫度為70~9(TC;
[0033] 步驟3,在C/C復(fù)合材料表面制備SiC納米線多孔層;稱取質(zhì)量百分比為10~20 %的 Si粉，質(zhì)量百分比為15~30%的C粉，質(zhì)量百分比為55~75%的Si化粉，置于球磨罐中，球磨 處理2~4小時后將粉料充分混合;將制備的混合粉料放入石墨相蝸底部。再將步驟2)制備 的含有多孔表面層的C/C復(fù)合材料用炭繩捆綁后懸掛在相蝸內(nèi)的粉料上方;將石墨相蝸放 入石墨發(fā)熱體的真空反應(yīng)爐中，對真空爐進(jìn)行真空處理后，通氣氣至常壓，后W5~10°C/ min升溫速度將爐溫從室溫升至1500~1700°C，保溫1~3小時；隨后關(guān)閉電源自然冷卻至室 溫，全程氣氣保護(hù)；
[0034] 步驟4,包埋浸滲法制備Si-Mo-化涂層;分別稱取質(zhì)量百分比為45-60 % Si粉，質(zhì)量 百分比為25-30%MoSi2粉，質(zhì)量百分比為5-15%Cr粉和質(zhì)量百分比為8-15%C粉，置于松脂 球磨罐中，球磨混合處理2~4小時成混合粉料;將陶瓷粉料置于小相蝸中，再將步驟3)得到 的C/村式樣埋入粉料中，一并置于包埋爐中，通入氣氣W4~8°C/min的升溫速率將包埋爐升 溫到1900~2300°C，保溫1~地，在C/C復(fù)合材料表面得到Si-Mo-化陶瓷涂層。
[0035] 實施例一
[0036] 本實施例是一種提高C/C復(fù)合材料表面Si-Mo-化涂層抗熱震性能的方法。
[0037] 步驟1，將密