CN103922745A - SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层及其制备方法，首先在C/C复合材料表面制备SiC内涂层，后采用化学气相沉积结合超音速等离子喷涂工艺在SiC内涂层上制备SiC纳米线增韧ZrB2-SiC陶瓷涂层，借助纳米线增韧作用，提高陶瓷涂层的韧性，减小了涂层的开裂趋势，从而获得结构致密的陶瓷涂层。由图3可知，有SiC纳米线增韧的ZrB2-SiC涂层表面较致密，没有裂纹与孔洞；由图4可知，没有纳米线增韧的ZrB2-SiC涂层表面有明显的裂纹，缺陷较多。有SiC纳米线增韧的试样在2200℃氧乙炔冲刷条件下线烧蚀率为8.7μm/s，质量烧蚀率为1.5×10-3g/s，没有SiC纳米线增韧的试样2200℃氧乙炔冲刷条件下线烧蚀率为16.4μm/s，质量烧蚀率为3.3×10-3g/s。
Description
技术领域
本发明属于炭/炭复合材料表面的涂层，具体涉及一种SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层及其制备方法。以下简称炭/炭复合材料为C/C复合材料。
背景技术
热结构C/C复合材料因其具有低密度、高比强、高比模、耐高温、耐烧蚀等优良性能，被广泛应用于航空航天领域。但该材料在高于400℃温度条件下的快速氧化大大限制了其作为高温材料的广泛应用。为提高C/C复合材料的抗氧化、抗烧蚀性能，国内外研究学者提出了许多解决方法，而在其表面制备抗氧化烧蚀涂层是一种有效的手段。ZrB2陶瓷具有熔点高、硬度高、导热性和导电性好、抗蚀性和抗热震性优良、固态相稳定等特点；然而在高温下ZrB2氧化生成的B2O3易挥发，从而加速ZrB2氧化，使其失去对C/C复合材料抗氧化功能。在ZrB2陶瓷涂层中加入一定量SiC，在高温下其氧化生成的SiO2与B2O3反应生成硼硅酸盐玻璃，能有效阻挡氧扩散进入C/C基体，因此ZrB2-SiC超高温陶瓷是C/C复合材料理想的涂层材料。但是由于该超高温陶瓷与C/C复合材料热膨胀系数存在较大差异，该材料应用于C/C复合材料表面后易发生开裂，进而导致涂层的抗氧化烧蚀失效。SiC纳米线具有良好的增韧作用，能够减小涂层的开裂趋势，加入适量SiC纳米线能够提高陶瓷涂层的韧性，进而获得结构致密的陶瓷涂层。
文献1“ZrB2-SiC coating to protect carbon/carbon composites against ablation.XuZou，Qian-gang Fu，Lei Liu，He-jun Li，Yong-jie Wang，Xi-yuan Yao，Zi-bo He.Surfaceand Coatings Technology，2013，226(2013)：17-21.”公开了一种采用包埋法技术制备ZrB2-SiC陶瓷涂层的方法。该技术通过制备SiC内涂层在一定程度上缓解了ZrB2陶瓷涂层与C/C复合材料的热匹配不良的问题，但在冷却的过程中涂层表面仍然有裂纹与孔洞等缺陷，将会降低涂层抗烧蚀性能，如在1700℃，氧乙炔烧蚀40s，线烧蚀率已经达到4.4μm/s。
文献2“Ablation Behavior of ZrB2-Based Coating Prepared by Supersonic PlasmaSpraying for SiC-Coated C/C Composites Under Oxyacetylene Torch.Yao Xi-Yuan，ZhangYu-Lei，Li Ke-Zhi.Journal of Thermal Spray Technology，2013，22(4)：531-537.”采用了包埋法制备SiC内涂层，然后用等离子喷涂法制备ZrB2-SiC外涂层。该涂层在2000℃左右的氧乙炔烧蚀环境下，尽管涂层抗烧蚀性能较好，但是ZrB2与SiC热膨胀系数有差异，在高温环境下涂层易开裂、剥落，涂层在更高温度长时间氧化及烧蚀过程中性能较差。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层及其制备方法，采用化学气相沉积工艺在ZrB2-SiC陶瓷涂层中引入SiC纳米线，可减少涂层在热震过程中出现的裂纹，提高涂层的结构致密性，进而可提高涂层的抗氧化烧蚀性能。
技术方案
一种SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层，其特征在于包括内涂层和外涂层；所述内涂层为SiC，外涂层为SiC纳米线增韧ZrB2-SiC复合涂层。
一种SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将C/C复合材料打磨抛光后清洗，在65～80℃烘干温度下烘干；
步骤2：制备SiC内涂层
将重量份为70～85的Si粉，10～20的C粉，和3～10的Al2O3粉混合，置于松脂球磨罐中球磨混合处理2～4小时得到混合粉料；
将混合粉料的一半放入石墨坩埚中，混合粉料上置于烘干后的C/C复合材料，再放入另一半包埋粉料将C/C复合材料试样覆盖；
将石墨坩埚放入石墨为发热体的热压真空反应炉中，对真空炉进行真空处理，使真空度达到-0.09MPa，通Ar气至常压，以5～10℃/min升温速度将炉温从室温升至2000～2200℃，保温1～3小时；关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通Ar气保护，得到表面有SiC内涂层的C/C复合材料；
步骤3：制备SiC纳米线
将重量份为10～20的Si粉，15～30的C粉，55～75的SiO2粉，置于松脂球磨罐中球磨混合处理2～4小时；
将粉料放入石墨坩埚中，粉料厚度为石墨坩埚深度的1/5；再将表面有SiC内涂层的C/C复合材料用3K炭纤维捆绑后悬挂在石墨坩埚内粉料表面的上方；
将石墨坩埚放入真空反应炉中，对真空炉进行真空处理，使真空度达到-0.09MPa，通氩气至常压，以5～10℃/min升温速度将炉温从室温升至1600～1700℃，保温1～3小时；随后关闭电源自然冷却至室温，得到在SiC内涂层表面生长有SiC纳米线的C/C复合材料；
整个过程中通氩气保护；
步骤4：等离子喷涂法制备ZrB2-SiC外涂层
造粒：将重量份为75～85的ZrB2粉，15～25的SiC粉置于松脂球磨罐中，球磨混合处理2～4小时得到混合粉末；将混合粉末与含3%聚乙烯醇溶液按质量比为1:1混合，通过喷雾造粒机喷雾造粒，再在烘干温度为65～80℃中烘干，得到造粒粉；
采用等离子喷涂装置将造粒粉喷至步骤3得到的SiC内涂层表面生长有SiC纳米线的C/C复合材料上，在C/C复合材料上得到SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层；
等离子喷涂工艺参数如下：
喷涂直流电流：350～450A；喷涂直流电压：120～150V；主气流量：75～85L/min；辅气流量：4.5～5.5L/min；送粉速率：20～40g/min；喷涂距离：80～100mm；
喷涂过程为多次喷涂。
所述步骤4中的造粒过程中，用200～300目的钢筛过筛喷雾造粒得到过筛粉末，再将粉末置于温度为65～80℃的烘箱中烘干，得到造粒粉。
所述多次喷涂为15～20次。
所述等离子喷涂中的主气流为Ar气，辅气流为H2气。
有益效果
本发明提出的一种SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层及其制备方法，首先在C/C复合材料表面制备SiC内涂层，后采用化学气相沉积结合超音速等离子喷涂工艺在SiC内涂层上制备SiC纳米线增韧ZrB2-SiC陶瓷涂层，借助纳米线增韧作用，提高陶瓷涂层的韧性，减小了涂层的开裂趋势，从而获得结构致密的陶瓷涂层。由图3可知，有SiC纳米线增韧的ZrB2-SiC涂层表面较致密，没有裂纹与孔洞；由图4可知，没有纳米线增韧的ZrB2-SiC涂层表面有明显的裂纹，缺陷较多。有SiC纳米线增韧的试样在2200℃氧乙炔冲刷条件下线烧蚀率为8.7μm/s，质量烧蚀率为1.5×10-3g/s，没有SiC纳米线增韧的试样2200℃氧乙炔冲刷条件下线烧蚀率为16.4μm/s，质量烧蚀率为3.3×10-3g/s。
附图说明
图1是本发明制备SiC纳米线增韧ZrB2-SiC陶瓷涂层的示意图。
图2是本发明实施例所制备的SiC纳米线表面扫描电镜照片。
图3是有SiC纳米线增韧的超音速等离子喷涂所制备ZrB2-SiC陶瓷涂层的表面扫描电镜照片。
图4是没有SiC纳米线增韧的超音速等离子喷涂所制备ZrB2-SiC陶瓷涂层的表面扫描电镜照片。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明实施例提出的SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层制备涂层包括内涂层，SiC纳米线增韧的ZrB2-SiC外涂层。所述的内涂层为SiC，其厚度约为50μm；所述的SiC纳米线增韧层的ZrB2-SiC外涂层中SiC纳米线随机分布，增韧层厚度约为50μm。具体过程包括以下步骤：
步骤1，将C/C复合材料打磨抛光后清洗，放入烘箱中烘干备用；烘干温度为65～80℃。
步骤2，制备SiC内涂层。具体过程是：
1）称取重量份为70～85的Si粉，10～20的C粉，和3～10的Al2O3粉，置于松脂球磨罐中，球磨混合处理2～4小时得到混合粉料。
2）将制备的混合粉料一半放入石墨坩埚中，再将清洗烘干后的C/C复合材料试样，随后放入另一半包埋粉料将C/C复合材料试样覆盖。
3）将石墨坩埚放入石墨为发热体的热压真空反应炉中，对真空炉进行真空处理后，使真空度达到-0.09MPa，通Ar气至常压，以5～10℃/min升温速度将炉温从室温升至2000-2200℃，保温1～3小时；关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通Ar气保护，得到表面有SiC内涂层的C/C复合材料。
步骤3，制备SiC纳米线。具体过程是：
1）别称取重量份为10～20的Si粉，15～30的C粉，55～75的SiO2粉，置于松脂球磨罐中，球磨混合处理2～4小时。
2）将制备的粉料放入石墨坩埚中，使其粉料厚度为石墨坩埚深度的1/5，再将步骤2处理的C/C复合材料用3K炭纤维捆绑后悬挂在石墨坩埚内粉料表面的上方。
3）将石墨坩埚放入真空反应炉中，对真空炉进行真空处理后，使真空度达到-0.09MPa，通氩气至常压，以5～10℃/min升温速度将炉温从室温升至1600～1700℃，保温1～3小时；随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通氩气保护。
4）取出含有SiC内涂层的C/C复合材料，清理表面的炭纤维，得到在SiC内涂层表面生长有SiC纳米线的C/C复合材料。
步骤4，等离子喷涂法制备ZrB2-SiC外涂层。具体过程是：
1）造粒：称取重量份为75～85的ZrB2粉，15～25的SiC粉，置于松脂球磨罐中，球磨混合处理2～4小时得到混合粉料。将粉末与含3%聚乙烯醇溶液按质量比为1:1混合，通过喷雾造粒机喷雾造粒，用200～300目的钢筛过筛，得到过筛粉末，再将粉末置于烘箱中烘干，得到造粒粉。烘干温度为65～80℃。
2）将步骤2和步骤3中得到表面含有SiC内涂层以及表面含有SiC纳米线的C/C复合材料均置于试样夹具中，将喷涂粉装入送粉器，打开超音速等离子喷涂设备，检查设备是否漏水、漏气。按表1的工艺参数经超音速等离子喷涂装置将喷涂粉料喷至表面含有SiC纳米线的C/C复合材料上，按此工艺参数重复喷涂15～20次。分别得到没有SiC纳米线以及含有SiC纳米线增韧的ZrB2-SiC外涂层的C/C复合材料。喷涂的工艺参数见附表：
表1超音速等离子喷涂制备ZrB2-SiC外涂层的主要工艺参数
经上述所有步骤，在C/C复合材料表面分别制备有SiC/ZrB2-SiC和SiC/SiCnanowire/ZrB2-SiC抗烧蚀涂层的C/C复合材料。
具体实施例如下：
实施例一：
本实施例提出的高温抗烧蚀复合涂层制备主要过程是：包埋法制备SiC内涂层、等离子喷涂法制备ZrB2-SiC外涂层。其具体过程是：
步骤1：将C/C复合材料分别用400号、800号和1000号的砂纸依次打磨抛光后用无水乙醇洗涤干净，于烘箱中烘干备用。烘干温度为65～80℃。
步骤2：制备SiC内涂层。其具体过程是：
1）分别称取77g的Si粉，15g的C粉，和8g的Al2O3粉，置于松脂球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入球磨罐中球磨混合处理3小时得到混合粉料，作为包埋料备用。
2）将制备的混合粉料一半放入石墨坩埚中，再将清洗烘干后的C/C复合材料试样，随后放入另一半包埋粉料将C/C复合材料试样覆盖。
3）将上述包埋料的一半放入石墨坩埚，放入准备好的C/C复合材料试样，再放入另一半包埋料，轻微的摇晃坩埚，使包埋料均匀地包埋试样，然后将石墨坩埚放入石墨作为发热体的热压真空反应炉中。抽真空30分钟后使真空度达到-0.09MPa，保真空30分钟，观察真空表指示是否变化，如无变化，说明系统密封完好。通氩气至常压。此过程重复三次。之后将炉温升至2100℃，升温速率为10℃/min，然后保温3小时。随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通氩气保护。随后取出石墨坩埚，清理包埋粉料得到含有SiC涂层的C/C复合材料。
步骤3，制备SiC纳米线。具体过程是：
1）别称取10g的Si粉，15g的C粉和75g的SiO2粉。置于松脂球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入松脂球磨罐中，在行星式球磨机上进行球磨混合处理3h，作为粉料备用。
2）将粉料放入石墨坩埚中，使其粉料厚度为石墨坩埚深度的五分之一，再将烘后的C/C复合材料用一束3K炭纤维捆绑后悬挂在粉料表面的上方，然后将石墨坩埚放入真空反应炉中。抽真空30分钟使真空度达-0.09MPa，保真空30分钟，观察真空表指示是否变化，如无变化，说明系统密封完好。通氩气至常压。此过程重复三次。后将炉温升至1650℃，升温速率为7℃/min，然后保温3小时。随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通氩气保护。随后取出石墨坩埚，清理C/C复合材料上的炭纤维，得到在SiC内涂层表面生长有SiC纳米线的C/C复合材料。
步骤4，等离子喷涂法制备ZrB2-SiC外涂层。具体过程是：
1）造粒：称取质量百分比为75g的ZrB2粉，25g的SiC粉，置于松脂球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入球磨罐中球磨混合处理2小时得到混合粉料。将粉末与含3%聚乙烯醇溶液按质量比为1:1混合，通过喷雾造粒机喷雾造粒，用200～300目的钢筛过筛，得到过筛粉末，再将粉末置于烘箱中烘干，得到造粒粉。烘干温度为65～80℃。
2）将步骤2和步骤3中得到表面含有SiC内涂层以及表面含有SiC纳米线的C/C复合材料均置于试样夹具中，将喷涂粉装入送粉器，打开超音速等离子喷涂设备，检查设备是否漏水、漏气。调节直流电流为430A，直流电压为120V，Ar流量为75L/min，H2流量为4.5L/min，送粉量为20g/min，试样与喷枪距离80mm，经超音速等离子喷涂装置将喷涂粉料喷至表面含有SiC纳米线的C/C复合材料上，按此工艺参数重复喷涂15次。分别得到没有SiC纳米线以及含有SiC纳米线增韧的ZrB2-SiC外涂层的C/C复合材料。
经上述所有步骤，在C/C复合材料表面分别制备有SiC/ZrB2-SiC和SiC/SiCnanowire/ZrB2-SiC抗烧蚀涂层的C/C复合材料。含有SiC纳米线增韧的ZrB2-SiC外涂层更加致密连续，可对C/C复合材料提供良好的抗烧蚀保护。
实施例二：
本实施例提出的SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层制备主要过程是：包埋法制备SiC内涂层、化学气相沉积法制备SiC纳米线、等离子喷涂法制备ZrB2-SiC外涂层。其具体过程是：
步骤1：将C/C复合材料分别用400号、800号和1000号的砂纸依次打磨抛光后用无水乙醇洗涤干净，于烘箱中烘干备用。烘干温度为65～80℃。
步骤2：制备SiC内涂层。其具体过程是：
1）分别称取77g的Si粉，15g的C粉，和8g的Al2O3粉，置于松脂球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入球磨罐中球磨混合处理3小时得到混合粉料，作为包埋料备用。
2）将制备的混合粉料一半放入石墨坩埚中，再将清洗烘干后的C/C复合材料试样，随后放入另一半包埋粉料将C/C复合材料试样覆盖。
3）将上述包埋料的一半放入石墨坩埚，放入准备好的C/C复合材料试样，再放入另一半包埋料，轻微的摇晃坩埚，使包埋料均匀地包埋试样，然后将石墨坩埚放入石墨作为发热体的热压真空反应炉中。抽真空30分钟后使真空度达到-0.09MPa，保真空30分钟，观察真空表指示是否变化，如无变化，说明系统密封完好。通氩气至常压。此过程重复三次。之后将炉温升至2100℃，升温速率为10℃/min，然后保温3小时。随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通氩气保护。随后取出石墨坩埚，清理包埋粉料得到含有SiC涂层的C/C复合材料。
步骤3，制备SiC纳米线。具体过程是：
1）别称取15g的Si粉，20g的C粉和65g的SiO2粉。置于松脂球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入松脂球磨罐中，在行星式球磨机上进行球磨混合处理3h，作为粉料备用。
2）将粉料放入石墨坩埚中，使其粉料厚度为石墨坩埚深度的五分之一，再将烘后的C/C复合材料用一束3K炭纤维捆绑后悬挂在粉料表面的上方，然后将石墨坩埚放入真空反应炉中。抽真空30分钟使真空度达-0.09MPa，保真空30分钟，观察真空表指示是否变化，如无变化，说明系统密封完好。通氩气至常压。此过程重复三次。后将炉温升至1650℃，升温速率为7℃/min，然后保温3小时。随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通氩气保护。随后取出石墨坩埚，清理C/C复合材料上的炭纤维，得到在SiC内涂层表面生长有SiC纳米线的C/C复合材料。
步骤4，等离子喷涂法制备ZrB2-SiC外涂层。具体过程是：
1）造粒：称取质量百分比为80g的ZrB2粉，20g的SiC粉，置于松脂球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入球磨罐中球磨混合处理3h得到混合粉料。将粉末与含3%聚乙烯醇溶液按质量比为1:1混合，通过喷雾造粒机喷雾造粒，用200～300目钢筛过筛，得到过筛粉末，将粉末置于烘箱中烘干，得到造粒粉。烘干温度为65～80℃。
2）将步骤2和步骤3中得到表面含有SiC内涂层以及表面含有SiC纳米线的C/C复合材料均置于试样夹具中，将喷涂粉装入送粉器，打开超音速等离子喷涂设备，检查设备是否漏水、漏气。调节直流电流为400A，直流电压为130V，Ar流量为80L/min，H2流量为5.0L/min，送粉量为30g/min，试样与喷枪距离90mm，经超音速等离子喷涂装置将喷涂粉料喷至表面含有SiC纳米线的C/C复合材料上，按此工艺参数重复喷涂17次。分别得到没有SiC纳米线以及含有SiC纳米线增韧的ZrB2-SiC外涂层的C/C复合材料。
经上述所有步骤，在C/C复合材料表面分别制备有SiC/ZrB2-SiC和SiC/SiCnanowire/ZrB2-SiC抗烧蚀涂层的C/C复合材料，尤其是在添加的SiC纳米线对ZrB2-SiC复合涂层有增韧作用，降低涂层裂纹、气孔等缺陷涂层结构致密，提高了涂层抗烧蚀性能。在氧乙炔2200℃烧蚀环境下，SiC/SiCnanowire/ZrB2-SiC涂层的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为8.7μm/s和1.5×10-3g/s，而SiC/ZrB2-SiC涂层的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为16.4μm/s和3.3×10-3g/s，表明SiC/SiCnanowire/ZrB2-SiC涂层对C/C复合材料提供良好的抗烧蚀保护。
实施例三：
本实施例提出的SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层制备主要过程是：包埋法制备SiC内涂层、化学气相沉积法制备SiC纳米线、等离子喷涂法制备ZrB2-SiC外涂层。其具体过程是：
步骤1：将C/C复合材料分别用400号、800号和1000号的砂纸依次打磨抛光后用无水乙醇洗涤干净，于烘箱中烘干备用。烘干温度为65～80℃。
步骤2：制备SiC内涂层。其具体过程是：
1）分别称取77g的Si粉，15g的C粉，和8g的Al2O3粉，置于松脂球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入球磨罐中球磨混合处理3小时得到混合粉料，作为包埋料备用。
2）将制备的混合粉料一半放入石墨坩埚中，再将清洗烘干后的C/C复合材料试样，随后放入另一半包埋粉料将C/C复合材料试样覆盖。
3）将上述包埋料的一半放入石墨坩埚，放入准备好的C/C复合材料试样，再放入另一半包埋料，轻微的摇晃坩埚，使包埋料均匀地包埋试样，然后将石墨坩埚放入石墨作为发热体的热压真空反应炉中。抽真空30分钟后使真空度达到-0.09MPa，保真空30分钟，观察真空表指示是否变化，如无变化，说明系统密封完好。通氩气至常压。此过程重复三次。之后将炉温升至2100℃，升温速率为10℃/min，然后保温3小时。随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通氩气保护。随后取出石墨坩埚，清理包埋粉料得到含有SiC涂层的C/C复合材料。
步骤3，制备SiC纳米线。具体过程是：
1）别称取20g的Si粉，25g的C粉和55g的SiO2粉。置于松脂球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入松脂球磨罐中，在行星式球磨机上进行球磨混合处理4小时，作为粉料备用。
2）将粉料放入石墨坩埚中，使其粉料厚度为石墨坩埚深度的五分之一，再将烘后的C/C复合材料用一束3K炭纤维捆绑后悬挂在粉料表面的上方，然后将石墨坩埚放入真空反应炉中。抽真空30分钟后使真空度达到-0.09MPa，保真空30分钟，观察真空表指示是否变化，如无变化，说明系统密封完好。通氩气至常压。此过程重复三次。之后将炉温升至1700℃，升温速率10℃/min，然后保温1小时。随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通氩气保护。随后取出石墨坩埚，清理C/C复合材料上的炭纤维，得到在SiC内涂层表面生长有SiC纳米线的C/C复合材料。
步骤4，等离子喷涂法制备ZrB2-SiC外涂层。具体过程是：
1）造粒：称取质量百分比为75g的ZrB2粉，25g的SiC粉，置于松脂球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入球磨罐中球磨混合处理2小时得到混合粉料。将粉末与含3%聚乙烯醇溶液按质量比为1:1混合，通过喷雾造粒机喷雾造粒，用200～300目的钢筛过筛，得到过筛粉末，再将粉末置于烘箱中烘干，得到造粒粉。烘干温度为65～80℃。
2）将步骤2和步骤3中得到表面含有SiC内涂层以及表面含有SiC纳米线的C/C复合材料均置于试样夹具中，将喷涂粉装入送粉器，打开超音速等离子喷涂设备，检查设备是否漏水、漏气。调节直流电流为370A，直流电压为140V，Ar流量为85L/min，H2流量为5.5L/min，送粉量为40g/min，试样与喷枪距离100mm，经超音速等离子喷涂装置将喷涂粉料喷至表面含有SiC纳米线的C/C复合材料上，按此工艺参数重复喷涂20次。分别得到没有SiC纳米线以及含有SiC纳米线增韧的ZrB2-SiC外涂层的C/C复合材料。
经上述所有步骤，在C/C复合材料表面分别制备有SiC/ZrB2-SiC和SiC/SiCnanowire/ZrB2-SiC抗烧蚀涂层的C/C复合材料，所制备复合涂层厚度约为100μm，添加的SiC纳米线对ZrB2-SiC复合涂层有增韧作用，降低涂层裂纹、气孔等缺陷涂层结构致密，在氧乙炔烧蚀环境下涂层抗烧蚀性能良好。
所有实施例中Si粉的纯度为99.5%、粒度为300目，C粉的纯度为99%、粒度为320目，SiO2粉的纯度分析纯、粒度为300目，ZrB2粉纯度为99%、粒度为800目，SiC粉的纯度为99%、粒度为800目，Al2O3粉的纯度为分析纯，粒度为200目。
Claims (5)
1.一种SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层，其特征在于包括内涂层和外涂层；所述内涂层为SiC，外涂层为SiC纳米线增韧ZrB2-SiC复合涂层。
2.一种权利要求1所述SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将C/C复合材料打磨抛光后清洗，在65～80℃烘干温度下烘干；
步骤2：制备SiC内涂层
将重量份为70～85的Si粉，10～20的C粉，和3～10的Al2O3粉混合，置于松脂球磨罐中球磨混合处理2～4小时得到混合粉料；
将混合粉料的一半放入石墨坩埚中，混合粉料上置于烘干后的C/C复合材料，再放入另一半包埋粉料将C/C复合材料试样覆盖；
将石墨坩埚放入石墨为发热体的热压真空反应炉中，对真空炉进行真空处理，使真空度达到-0.09MPa，通Ar气至常压，以5～10℃/min升温速度将炉温从室温升至2000～2200℃，保温1～3小时；关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通Ar气保护，得到表面有SiC内涂层的C/C复合材料；
步骤3：制备SiC纳米线
将重量份为10～20的Si粉，15～30的C粉，55～75的SiO2粉，置于松脂球磨罐中球磨混合处理2～4小时；
将粉料放入石墨坩埚中，粉料厚度为石墨坩埚深度的1/5；再将表面有SiC内涂层的C/C复合材料用3K炭纤维捆绑后悬挂在石墨坩埚内粉料表面的上方；
将石墨坩埚放入真空反应炉中，对真空炉进行真空处理，使真空度达到-0.09MPa，通氩气至常压，以5～10℃/min升温速度将炉温从室温升至1600～1700℃，保温1～3小时；随后关闭电源自然冷却至室温，得到在SiC内涂层表面生长有SiC纳米线的C/C复合材料；
整个过程中通氩气保护；
步骤4：等离子喷涂法制备ZrB2-SiC外涂层
造粒：将重量份为75～85的ZrB2粉，15～25的SiC粉置于松脂球磨罐中，球磨混合处理2～4小时得到混合粉末；将混合粉末与含3%聚乙烯醇溶液按质量比为1:1混合，通过喷雾造粒机喷雾造粒，再在烘干温度为65～80℃中烘干，得到造粒粉；
采用等离子喷涂装置将造粒粉喷至步骤3得到的SiC内涂层表面生长有SiC纳米线的C/C复合材料上，在C/C复合材料上得到SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层；
等离子喷涂工艺参数如下：
喷涂直流电流：350～450A；喷涂直流电压：120～150V；主气流量：75～85L/min；辅气流量：4.5～5.5L/min；送粉速率：20～40g/min；喷涂距离：80～100mm；
喷涂过程为多次喷涂。
3.根据权利要求2所述SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤4中的造粒过程中，用200～300目的钢筛过筛喷雾造粒得到过筛粉末，再将粉末置于温度为65～80℃的烘箱中烘干，得到造粒粉。
4.根据权利要求2所述SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：所述多次喷涂为15～20次。
5.根据权利要求2所述SiC纳米线增韧ZrB2-SiC高温抗烧蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：所述等离子喷涂中的主气流为Ar气，辅气流为H2气。
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