CN101786906A - C/C复合材料表面防氧化SiC/mullite-Si-Al2O3复合涂层的制备方法 - Google Patents
C/C复合材料表面防氧化SiC/mullite-Si-Al2O3复合涂层的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101786906A CN101786906A CN200910219483A CN200910219483A CN101786906A CN 101786906 A CN101786906 A CN 101786906A CN 200910219483 A CN200910219483 A CN 200910219483A CN 200910219483 A CN200910219483 A CN 200910219483A CN 101786906 A CN101786906 A CN 101786906A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- coating
- sic
- mullite
- al2o3
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种C/C复合材料表面防氧化SiC/mullite-Si-Al2O3复合涂层的制备方法，内层是将高纯度Si粉、C粉、Al2O3粉混合均匀，将C/C复合材料包埋于该粉料中，在高温下于保护气氛中进行烧结，得到致密的SiC涂层。外层是将以高纯度的Si粉与Al2O3粉为原料，以无水乙醇为溶剂，混合均匀配成料浆，用毛刷将该料浆涂刷在带有SiC内层的C/C复合材料表面，将涂刷好的涂层试样置于高温炉中预氧化，在SiC内层表面原位生成mullite-Si-Al2O3涂层。本发明利用莫来石耐火度高、抗热震性好以及与SiC的热膨胀系数接近等性质，采用原位法制备出具有莫来石相的SiC/mullite-Si-Al2O3复合涂层，该方法经济简易、制备温度低，可有效提高C/C复合材料的高温防氧化性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种SiC/mullite-Si-Al2O3复合涂层的制备方法，特别是C/C复合材料表面防氧化SiC/mullite-Si-Al2O3复合涂层的制备方法。
背景技术
为了解决C/C复合材料的高温长寿命防氧化问题，研究者提供了不同的解决方法。在复合材料表面制备抗氧化涂层是解决C/C复合材料易氧化问题的有效方法。
文献1“Federico Smeacetto，Monica Ferraris，Milena Salvo.Multilayer coating withself-sealing properties for carbon-carbon composites.Carbon，2003 41：2105-2111”介绍了一种采用料浆法将MoSi2和Y2O3颗粒分散在硼硅酸盐玻璃中，缓解了涂层内由于热膨胀系数不匹配引起的内应力，制备的涂层在1300℃下具有长时间防氧化能力，但这种涂层不具备高温抗氧化能力。
文献2“Huang Jianfeng，Zeng Xierong，Li Hejun，et al.Mullite-Al2O3-SiC oxidationprotective coating for carbon/carbon composites.Carbon，2003，41(14)：2825-2829”介绍了一种采用两次包埋法制备了新型的mullite-Al2O3-SiC复合涂层，当粉料中SiO2/Al2O3＝3∶7时可以制备出抗氧化性能较好的防氧化复合涂层。不过该涂层制备方法复杂，周期较长。此外由于外涂层制备温度较高(1800℃)，将该涂层应用于具体复杂的C/C工件时，由于热应力涂层中将难以避免存在微裂纹，限制了涂层的实际保护能力。
上述方法制备的涂层存在工艺复杂，制备温度高，涂层容易开裂，高温防氧化温度低等问题。
发明内容
为了克服现有技术制备高温防氧化涂层工艺复杂的不足，本发明提供一种C/C复合材料表面防氧化SiC/mullite-Si-Al2O3复合涂层的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种C/C复合材料表面防氧化SiC/mullite-Si-Al2O3复合涂层的制备方法，其特点是包括以下步骤：
(a)分别称取质量百分比为65～80％的Si粉，5～20％的C粉，5～15％的Al2O3粉，置于玛瑙球磨罐中，加入蒸馏水进行不少于10小时球磨混合处理，将混合液取出于100℃下烘干，制成内层包埋粉料；
(b)将C/C复合材料打磨抛光后用超声波清洗干净，于100℃烘箱中烘干备用；
(c)取步骤(a)所制备内层包埋粉料的一半放入石墨坩埚，放入经步骤(b)处理过的C/C复合材料，再放入另一半内层包埋粉料覆盖，然后加上石墨坩埚盖；
(d)将石墨坩埚放入石墨作加热体的立式真空炉中，对真空炉进行抽真空处理后，以5～10℃/min升温速度将炉温从室温升至1600～1900℃，保温1～3小时，关闭电源自然冷却至室温，整个过程通氩气保护，制备SiC内层；
(e)分别称取质量百分比为40～70％的Si粉，30～60％的Al2O3粉，加入一定量无水乙醇和硅溶胶调配成粘度适当的料浆，进行不少于10分钟超声波分散处理，然后用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌器转速为2.5～3.5转/秒，搅拌时间不少于30分钟，制备外层浆料；
(f)预氧化涂层：将制备的浆料均匀的涂刷于经步骤(d)制备的SiC内层表面，于100℃烘箱中烘干后放入氧化铝坩埚中，将坩埚置入已升温好的管式高温箱式电阻炉内，设定温度为1400～1450℃，氧化1～3小时，关闭电源自然冷却至室温。
本发明的有益效果为：外层制备工艺经济简易，制备温度低。在预氧化过程中外层料浆中的Si氧化成为SiO2并且与Al2O3原位生成具有莫来石相的mullite-Si-Al2O3外涂层。该方法制备的涂层抗热震性能好，与内涂层的热膨胀系数接近，可有效控制裂纹的产生。因而这种防氧化涂层不仅工艺简易，并且能有效的在1500℃高温下对C/C复合材料提供较长时间的防氧化保护。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明方法实施例2制备的SiC/mullite-Si-Al2O3涂层的扫描电镜照片和X射线衍射图谱。
图2是本发明方法实施例2制备的涂层断面扫描电镜照片及元素线扫描能谱。
图3是本发明方法实施例2制备的涂层试样与单层SiC涂层试样在1500℃空气中等温氧化失重曲线。
具体实施方式
实施例1：分别称取19g的Si粉，4g的C粉，2g的Al2O3粉，置于玛瑙球磨罐中，加入蒸馏水作为球磨剂，在行星式球磨机上进行球磨混合处理。混合粉料∶蒸馏水∶玛瑙球＝1∶3∶0.8(质量比)。球磨10小时后，将混合液取出于100℃下烘干，烘干后的粉料研磨分散后作为包埋粉料备用。同时将C/C复合材料分别用400号、800号以及1000号的砂纸依次打磨抛光后用无水乙醇放入超声波中洗涤干净，于100℃烘箱中烘干。Si粉的纯度为99.5％、粒度为400目，C粉的纯度为99％、粒度为400目，Al2O3粉的纯度为99.9％、粒度为400目。玛瑙球的尺寸及数量见附表。
将上述步骤制备的包埋料的一半放入石墨坩埚，放入C/C复合材料，再放入另一半包埋料覆盖，然后轻轻摇晃坩埚，使包埋料均匀包埋C/C复合材料，然后加上坩埚盖。将石墨坩埚放入石墨作加热体的立式真空炉中，抽真空1小时后使真空度达到-0.09MPa，静置1小时，并观察真空表是否变化，如无变化，说明系统密封完好。以10℃/min升温速度将炉温从室温升至2000℃，保温2小时，关闭电源自然冷却至室温，整个过程通氩气保护。开炉后打开坩埚，从粉料中取出C/C复合材料，清洗干净后可看到在材料表面有一层产物即为SiC内层。
分别称取0.70g的Si粉，0.28g的Al2O3粉，将上述已称量的粉料倒入盛有乙醇溶液的容器中，再加入少量硅溶胶进行超声波分散处理10分钟，利用磁力搅拌器进行搅拌混合制成料浆，搅拌器转速为3转/秒，搅拌时间为30分钟。将所制备的料浆均匀地涂刷于带有SiC内层的C/C复合材料表面，于100℃烘箱中烘干后放入氧化铝坩埚中，并将坩埚放入升温好的管式高温箱式电阻炉内，设定温度为1450℃，氧化1小时，关闭电源自然冷却至室温。经检测，这种双层涂层可提供1500℃高温防氧化保护。
附表：玛瑙球的直径和数量
实施例2：分别称取20g的Si粉，3.75g的C粉，1.25g的Al2O3粉，置于玛瑙球磨罐中，加入蒸馏水作为球磨剂，在行星式球磨机上进行球磨混合处理。混合粉料∶蒸馏水∶玛瑙球＝1∶3∶0.8(质量比)。球磨15小时后，将混合液取出于100℃下烘干，烘干后的粉料研磨分散后作为包埋粉料备用。同时将C/C复合材料分别用400号、800号以及1000号的砂纸依次打磨抛光后用无水乙醇放入超声波中洗涤干净，于100℃烘箱中烘干。Si粉的纯度为99.5％、粒度为400目，C粉的纯度为99％、粒度为400目，Al2O3粉的纯度为99.9％、粒度为300目。玛瑙球的尺寸及数量见附表。
将上述步骤制备的包埋料的一半放入石墨坩埚，放入C/C复合材料，再放入另一半包埋料覆盖，然后轻轻摇晃坩埚，使包埋料均匀包埋C/C复合材料，然后加上坩埚盖。将石墨坩埚放入石墨作加热体的立式真空炉中，抽真空30分钟后使真空度达到-0.09MPa，静置1小时，并观察真空表是否变化，如无变化，说明系统密封完好。以5℃/min升温速度将炉温从室温升至1600℃，保温3小时，关闭电源自然冷却至室温，整个过程通氩气保护。开炉后打开坩埚，从粉料中取出C/C复合材料，清洗干净后可看到在材料表面有一层产物即为SiC内层。
分别称取0.65g的Si粉，0.35g的Al2O3粉，将上述已称量的粉料倒入盛有乙醇溶液的容器中，再加入少量硅溶胶进行超声波分散处理15分钟，利用磁力搅拌器进行搅拌混合制成料浆，搅拌器转速为3转/秒，搅拌时间为40分钟。将所制备的料浆均匀地涂刷于带有SiC内层的C/C复合材料表面，于100℃烘箱中烘干后放入氧化铝坩埚中，并将坩埚放入升温好的管式高温箱式电阻炉内，设定温度为1430℃，氧化2小时，关闭电源自然冷却至室温。经检测，这种双层涂层可提供1500℃高温防氧化保护。
实施例3：分别称取质量百分比为16.25g的Si粉，5g的C粉，3.75g的Al2O3粉，置于玛瑙球磨罐中，加入蒸馏水作为球磨剂，在行星式球磨机上进行球磨混合处理。混合粉料∶蒸馏水∶玛瑙球＝1∶3∶0.8(质量比)。球磨10小时后，将混合液取出于100℃下烘干，烘干后的粉料研磨分散后作为包埋粉料备用。同时将C/C复合材料分别用400号、800号以及1000号的砂纸依次打磨抛光后用无水乙醇放入超声波中洗涤干净，于100℃烘箱中烘干。Si粉的纯度为99.5％、粒度为400目，C粉的纯度为99％、粒度为400目，Al2O3粉的纯度为99.9％、粒度为300目。玛瑙球的尺寸及数量见附表。
将上述步骤制备的包埋料的一半放入石墨坩埚，放入C/C复合材料，再放入另一半包埋料覆盖，然后轻轻摇晃坩埚，使包埋料均匀包埋C/C复合材料，然后加上坩埚盖。将石墨坩埚放入石墨作加热体的立式真空炉中，抽真空30分钟后使真空度达到-0.09MPa，静置1小时，并观察真空表是否变化，如无变化，说明系统密封完好。以10℃/min升温速度将炉温从室温升至1800℃，保温2小时，关闭电源自然冷却至室温，整个过程通氩气保护。开炉后打开坩埚，从粉料中取出C/C复合材料，清洗干净后可看到在材料表面有一层产物即为SiC内层。
分别称取0.49g的Si粉，0.51g的Al2O3粉，将上述已称量的粉料倒入盛有乙醇溶液的容器中，再加入少量硅溶胶进行超声波分散处理20分钟，利用磁力搅拌器进行搅拌混合制成料浆，搅拌器转速为3转/秒，搅拌时间为30分钟。将所制备的料浆均匀地涂刷于带有SiC内层的C/C复合材料表面，于100℃烘箱中烘干后放入氧化铝坩埚中，并将坩埚放入升温好的管式高温箱式电阻炉内，设定温度为1400℃，氧化3小时，关闭电源自然冷却至室温。经检测，这种双层涂层可提供1500℃高温防氧化保护。
从图1扫描电镜照片和X射线衍射图谱可以看到，实施例2制备的涂层，结构致密、外涂层主要存在mullite、Si和Al2O3三种物相，涂层经预氧化转化为预期的涂层组分。
从图2的断面扫描电镜照片及元素线扫描能谱可以看到，实施例2制备的涂层，内层与基体界面处，Si元素与C元素浓度呈梯度过渡，在外涂层区域，Al元素和O元素浓度明显增加且呈均匀分布。
从图3的失重曲线可以看到，实施例2制备的SiC/mullite-Si-Al2O3复合涂层在1500℃静态空气中等温氧化75小时后试样失重仅为4.6％，防氧化性能明显优于单一的SiC内涂层。
Claims (1)
1.一种C/C复合材料表面防氧化SiC/mullite-Si-Al2O3复合涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)分别称取质量百分比为65～80％的Si粉，5～20％的C粉，5～15％的Al2O3粉，置于玛瑙球磨罐中，加入蒸馏水进行不少于10小时球磨混合处理，将混合液取出于100℃下烘干，制成内层包埋粉料；
(b)将C/C复合材料打磨抛光后用超声波清洗干净，于100℃烘箱中烘干备用；
(c)取步骤(a)所制备内层包埋粉料的一半放入石墨坩埚，放入经步骤(b)处理过的C/C复合材料，再放入另一半内层包埋粉料覆盖，然后加上石墨坩埚盖；
(d)将石墨坩埚放入石墨作加热体的立式真空炉中，对真空炉进行抽真空处理后，以5～10℃/min升温速度将炉温从室温升至1600～1900℃，保温1～3小时，关闭电源自然冷却至室温，整个过程通氩气保护，制备SiC内层；
(e)分别称取质量百分比为40～70％的Si粉，30～60％的Al2O3粉，加入一定量无水乙醇和硅溶胶调配成粘度适当的料浆，进行不少于10分钟超声波分散处理，然后用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌器转速为2.5～3.5转/秒，搅拌时间不少于30分钟，制备外层浆料；
(f)预氧化涂层：将制备的浆料均匀的涂刷于经步骤(d)制备的SiC内层表面，于100℃烘箱中烘干后放入氧化铝坩埚中，将坩埚置入已升温好的管式高温箱式电阻炉内，设定温度为1400～1450℃，氧化1～3小时，关闭电源自然冷却至室温。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910219483A CN101786906A (zh) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | C/C复合材料表面防氧化SiC/mullite-Si-Al2O3复合涂层的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910219483A CN101786906A (zh) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | C/C复合材料表面防氧化SiC/mullite-Si-Al2O3复合涂层的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101786906A true CN101786906A (zh) | 2010-07-28 |
Family
ID=42530305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200910219483A Pending CN101786906A (zh) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | C/C复合材料表面防氧化SiC/mullite-Si-Al2O3复合涂层的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101786906A (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102344302A (zh) * | 2011-06-16 | 2012-02-08 | 西北工业大学 | 炭/炭复合材料表面SiC/mullite涂层的制备方法 |
| CN102417375A (zh) * | 2011-08-18 | 2012-04-18 | 西北工业大学 | 炭/炭复合材料SiC/ZrB2-SiC/SiC涂层及其制备方法 |
| CN102491331A (zh) * | 2011-11-15 | 2012-06-13 | 西北工业大学 | 一种制备SiC纳米线和纳米带的方法 |
| CN102746028A (zh) * | 2012-05-26 | 2012-10-24 | 苏州宏久航空防热材料科技有限公司 | 一种氧化物颗粒镶嵌的碳化硅涂层及其制备方法 |
| CN102942379A (zh) * | 2012-11-14 | 2013-02-27 | 陕西科技大学 | 一种Y4Si3O12 晶须增韧Y4Si3O12 复合涂层的制备方法 |
| CN103451708A (zh) * | 2013-08-31 | 2013-12-18 | 西北工业大学 | 一种介电电泳技术制备碳纳米管/碳/碳复合材料的方法 |
| CN105000917A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-10-28 | 中南大学 | 一种莫来石抗氧化涂层的制备方法 |
| CN105237039A (zh) * | 2015-08-31 | 2016-01-13 | 长安大学 | 碳/碳刹车材料的防氧化涂层材料及制备涂层的方法 |
| CN106966699A (zh) * | 2016-06-03 | 2017-07-21 | 北京航空航天大学 | 一种高温复合材料全温度段热匹配涂层的制备方法 |
| CN113073381A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-06 | 湖南世鑫新材料有限公司 | 一种具有碳化硅/硅复合陶瓷层的坩埚 |
| CN114621031A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-06-14 | 烟台凯泊复合材料科技有限公司 | 一种单晶炉热场c/c结构件表层强化的方法 |
| CN115784760A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-03-14 | 陕西科技大学 | 一种c/c复合材料抗氧化涂层及其制备方法 |
-
2009
- 2009-12-14 CN CN200910219483A patent/CN101786906A/zh active Pending
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102344302A (zh) * | 2011-06-16 | 2012-02-08 | 西北工业大学 | 炭/炭复合材料表面SiC/mullite涂层的制备方法 |
| CN102417375A (zh) * | 2011-08-18 | 2012-04-18 | 西北工业大学 | 炭/炭复合材料SiC/ZrB2-SiC/SiC涂层及其制备方法 |
| CN102417375B (zh) * | 2011-08-18 | 2013-08-14 | 西北工业大学 | 炭/炭复合材料SiC/ZrB2-SiC/SiC涂层的制备方法 |
| CN102491331A (zh) * | 2011-11-15 | 2012-06-13 | 西北工业大学 | 一种制备SiC纳米线和纳米带的方法 |
| CN102491331B (zh) * | 2011-11-15 | 2013-02-20 | 西北工业大学 | 一种制备SiC纳米线和纳米带的方法 |
| CN102746028A (zh) * | 2012-05-26 | 2012-10-24 | 苏州宏久航空防热材料科技有限公司 | 一种氧化物颗粒镶嵌的碳化硅涂层及其制备方法 |
| CN102942379A (zh) * | 2012-11-14 | 2013-02-27 | 陕西科技大学 | 一种Y4Si3O12 晶须增韧Y4Si3O12 复合涂层的制备方法 |
| CN103451708A (zh) * | 2013-08-31 | 2013-12-18 | 西北工业大学 | 一种介电电泳技术制备碳纳米管/碳/碳复合材料的方法 |
| CN105000917A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-10-28 | 中南大学 | 一种莫来石抗氧化涂层的制备方法 |
| CN105000917B (zh) * | 2015-08-14 | 2017-04-12 | 中南大学 | 一种莫来石抗氧化涂层的制备方法 |
| CN105237039A (zh) * | 2015-08-31 | 2016-01-13 | 长安大学 | 碳/碳刹车材料的防氧化涂层材料及制备涂层的方法 |
| CN105237039B (zh) * | 2015-08-31 | 2017-11-10 | 长安大学 | 碳/碳刹车材料的防氧化涂层材料及制备涂层的方法 |
| CN106966699A (zh) * | 2016-06-03 | 2017-07-21 | 北京航空航天大学 | 一种高温复合材料全温度段热匹配涂层的制备方法 |
| CN106966699B (zh) * | 2016-06-03 | 2020-04-07 | 北京航空航天大学 | 一种高温复合材料全温度段热匹配涂层的制备方法 |
| CN113073381A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-06 | 湖南世鑫新材料有限公司 | 一种具有碳化硅/硅复合陶瓷层的坩埚 |
| CN114621031A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-06-14 | 烟台凯泊复合材料科技有限公司 | 一种单晶炉热场c/c结构件表层强化的方法 |
| CN115784760A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-03-14 | 陕西科技大学 | 一种c/c复合材料抗氧化涂层及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101786906A (zh) | C/C复合材料表面防氧化SiC/mullite-Si-Al2O3复合涂层的制备方法 | |
| CN101293788A (zh) | 碳/碳复合材料表面高温防氧化涂层的制备方法 | |
| CN1321092C (zh) | 碳/碳复合材料表面抗氧化多相涂层的制备方法 | |
| CN104890325B (zh) | 一种热电材料或热电器件用保护涂层 | |
| CN103936465B (zh) | 一种炭/炭复合材料防氧化涂层及其制备方法 | |
| CN105272328B (zh) | 一种SiC晶须增韧莫来石抗氧化涂层的制备方法 | |
| CN107573731B (zh) | 一种高温红外辐射涂料及其制备方法和应用 | |
| CN101811892A (zh) | 一种纳米线增韧碳/碳复合材料陶瓷涂层的制备方法 | |
| CN102730690A (zh) | 一种Al4SiC4材料的合成方法 | |
| CN106589821A (zh) | 一种莫来石纤维/环氧树脂复合材料的制备方法 | |
| CN102248166A (zh) | 电火花沉积金刚石磨具用电极制备工艺 | |
| CN102284678A (zh) | 一种精密铸造钛合金的模壳制备方法 | |
| CN103173044B (zh) | 一种耐高温防氧化涂料 | |
| CN115784760B (zh) | 一种c/c复合材料抗氧化涂层及其制备方法 | |
| CN108774462A (zh) | 一种室温固化耐高温防腐涂料及其制备方法 | |
| CN102964128B (zh) | 一种Yb2Si2O7粉体的溶胶凝胶制备方法 | |
| CN110590404A (zh) | 一种碳基材料表面HfB2-SiC抗氧化涂层的制备方法 | |
| CN105948748A (zh) | 一种硅硼碳氮锆陶瓷复合材料及其制备方法 | |
| CN111153699A (zh) | 一种钽酸钪热障涂层材料的制备方法 | |
| CN104030709B (zh) | 加热炉高温纳米辐射涂层及其制备工艺 | |
| CN110357117B (zh) | 一种球形硅酸锆粉体及其制备方法和应用 | |
| CN104152890A (zh) | 在柔性金属部件上制备抗热冲击的耐高温绝缘涂层的方法 | |
| CN102249235A (zh) | 一种耐高温碳化硅的制备方法 | |
| CN101486592A (zh) | 一种微波水热法改性碳/碳复合材料的方法 | |
| CN100455548C (zh) | 一种碳/碳复合材料溶剂热改性方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100728 |