CN104446666B - 一种陶瓷基复合材料热损伤裂纹的修复方法 - Google Patents
一种陶瓷基复合材料热损伤裂纹的修复方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104446666B CN104446666B CN201410629485.0A CN201410629485A CN104446666B CN 104446666 B CN104446666 B CN 104446666B CN 201410629485 A CN201410629485 A CN 201410629485A CN 104446666 B CN104446666 B CN 104446666B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sic
- thermal damage
- crackle
- heat
- coating
- 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.)
- Active
Links
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明涉及一种陶瓷基复合材料热损伤裂纹的修复方法，直接将带有热损伤裂纹的试样表面整个SiC涂层彻底磨削掉，再重新沉积SiC涂层。不仅可以使沉积表面平整还能使磨掉整个SiC涂层的C/SiC复合材料打开闭气孔，有利于后续基体与涂层沉积变得更为致密，减小密度梯度；还可以有效地修复SiC基体内部形成的裂纹。从而更加有效的提高试样在高温环境下的抗氧化能力。本方法的有效地修复C/SiC的密度缺陷及热损伤。可以减少C/SiC在制备过程中产生的微裂纹，减小C/SiC从表面到内部的密度梯度和孔隙率，使热损伤产生的裂纹逐渐愈合，抗氧化性能恢复且有所提高，使抗弯强度大幅度得到增加。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷基复合材料热损伤裂纹的修复方法，特别是涉及一种连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料热损伤裂纹的修复方法。
背景技术
连续碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC)是一种新型热结构/功能一体化材料。C/SiC的主要应用领域往往与高温环境有关，高温环境可能影响到其后续氧化损伤的发生和演变，除制备过程中产生的热失配裂纹外，C/SiC在高温氧化服役过程中也会因为热膨胀系数不匹配而产生热损伤裂纹，这些裂纹会导致陶瓷基复合材料的高温抗氧化性能下降，从而引起构件在重复使用过程中发生提前失效破坏，甚至是发生灾难性破坏。所以，对C/SiC复合材料在制备和高温服役过程中产生裂纹的修复技术就变得尤为重要。
在吴守军的硕士论文(西北工业大学工学硕士学位论文，2004年3月，陕西西安)“CVDSiC涂层缺陷控制与C/SiC复合材料氧化行为的研究”中，对已经制得的2DC/SiC试样先沉积60h低压化学气相沉积(LPVD)SiC，再用金刚砂球磨50h后沉积30hSiC，然后重复6次球磨时间24h/次和再沉积30h/次SiC的改性工艺。未经处理的CVDSiC涂层表面上存在大量孤立分布的CVDSiC球形团聚体，这种球形团聚体之间接触面少，涂层表面粗糙，固相堆积松散，不利于CVDSiC的沉积，导致大量涂层缺陷和裂纹从而降低C/SiC试样的抗氧化性能。背景技术采用的球磨C/SiC材料表面方法，不会彻底打磨掉SiC涂层，而是仅仅使得SiC涂层表面的自然沉积状态得到改善，所得涂层变得较为平整，涂层质量得到改善，层间堆积更加致密，从而使试样的制备缺陷和裂纹减少。和未经涂层处理的材料相比，氧化失重增加，残余抗弯强度有一定提高。然而，此方法通过球磨仅仅改善了涂层微观形貌，并不能彻底去除和修复SiC涂层与基体内部由于热环境导致的裂纹和本身在制备过程中产生的裂纹。由于磨削过程难以有效控制，导致试样涂层磨耗量不一致，甚至使涂层剥落，纤维暴露，氧化动力学曲线波动幅度大，抗氧化性能提高有限。
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，本发明提出一种陶瓷基复合材料热损伤裂纹的修复方法，可以有效地修复C/SiC的密度缺陷及热损伤。
技术方案
一种陶瓷基复合材料热损伤裂纹的修复方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将二维碳纤维布按进行叠层编织，得到纤维预制体；
步骤2：对纤维预制体沉积一炉次的PyC界面层，厚度为200nm，工艺条件为：沉积温度800～1000℃，Ar气流量150～200ml/min，C3H6气流量为150～250ml/min，沉积时间72h；
步骤3：再进行化学气相沉积SiC基体，工艺条件为：沉积温度800～1000℃，压力2～4kPa，H2气流量150～250ml/min，Ar气流量250～350ml/min，三氯甲基硅烷温度25～35℃，H2与MTS的摩尔比为8～12、沉积时间六炉次，每次120小时，得到原始试样母板；
步骤4：采用砂轮打磨母原始试样板的表面，打开开气孔，然后切割成所需尺寸，再以与步骤3同样的工艺条件沉积两炉次SiC涂层，得到有SiC涂层的C/SiC；
步骤5：采用砂轮磨削掉C/SiC上两炉次SiC涂层，打开开气孔，再以与步骤3同样的工艺条件沉积两炉次SiC涂层；以此作为制备裂纹的密度梯度缺陷修复方法；
步骤6：在氩气下1900℃进行热处理2小时，相当于对C/SiC进行高温考核，从而引入热损伤，使试样产生由热损伤引起的涂层和基体裂纹；
步骤7：利用和步骤5中所述同样的方法将热损伤试样表面的SiC涂层彻底磨掉为止；
步骤8：按照步骤3的方法重新沉积两炉次SiC涂层；
步骤9：按照步骤3中的方法重新沉积两炉次SiC涂层，以此作为热损伤修复的方法。
有益效果
本发明提出的一种陶瓷基复合材料热损伤裂纹的修复方法，直接将带有热损伤裂纹的试样表面整个SiC涂层彻底磨削掉，再重新沉积SiC涂层。不仅可以使沉积表面平整还能使磨掉整个SiC涂层的C/SiC复合材料打开闭气孔，有利于后续基体与涂层沉积变得更为致密，减小密度梯度；还可以有效地修复SiC基体内部形成的裂纹。从而更加有效的提高试样在高温环境下的抗氧化能力。
本发明方法的可以有效地修复C/SiC的密度缺陷及热损伤。可以减少C/SiC在制备过程中产生的微裂纹，减小C/SiC从表面到内部的密度梯度和孔隙率，使热损伤产生的裂纹逐渐愈合，抗氧化性能恢复且有所提高，使抗弯强度大幅度得到增加。C/SiC的热损伤的修复，对延长C/SiC构件的使用寿命、重复使用造价昂贵的C/SiC制件，确保其服役安全和有效降低成本有着重要意义。
本发明的主要优点是：(1)工艺步骤少，容易实现。(2)密度缺陷的修复能减少C/SiC在制备过程中产生的微裂纹，减小C/SiC从表层到内部的密度梯度，减低孔隙率，从而有效改善C/SiC中温度段的抗氧化性能和提高C/SiC的相应抗弯强度(3)C/SiC热损伤修复后，表面SiC涂层上的微裂纹密度从5.3/mm减小到2.0/mm，裂纹宽度从4.30μm减小到1.5μm，裂纹开口热暴露面积减小了87％，临界温度800℃以后，裂纹逐渐愈合，抗氧化性能恢复，氧化10小时后失重率随着温度的升高不断减小，最终保持低于2.5％的水平。(4)热损伤修复试样相比于热损伤试样经过10小时氧化失重之后的抗弯强度，从0MPa提高到200～300MPa。
附图说明
图1为热损伤试样裂纹形貌的SEM照片，穿透涂层的裂纹，防氧化效果差；图2中修复后的裂纹被封填，防氧化效果好
图2为热损伤裂纹修复之后的SEM照片。
图3原始试样T1和密度缺陷修复试样T2不同氧化温度下氧化10小时后的失重率
图4为原始试样T1、热损伤试样T3和热损伤修复试样T4在不同氧化温度下的氧化10小时的氧化失重率。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1：试样制备裂纹的修复。
(1)将二维碳纤维布进行同方向叠层得到二维(2D)叠层纤维预制体。
(2)将(1)中的纤维预制体沉积一炉次的PyC界面层，厚度大约为200nm。工艺条件为：沉积温度800～1000℃，Ar气流量150～200ml/min，C3H6气流量为150～250ml/min，沉积时间72h。
(3)将(2)中所获得预制体进行化学气相沉积(CVD)SiC基体，工艺条件为：沉积温度800～1000℃，压力2～4kPa，H2气流量150～250ml/min，Ar气流量250～350ml/min，三氯甲基硅烷温度25～35℃，H2与MTS的摩尔比为8～12、沉积时间六炉次，每次120小时。得到原始试样母板。
(4)将(3)中制备的试样母板用砂轮打磨试样表面，打开开气孔，然后切割成试样所需尺寸，再以与(3)中同样的工艺条件沉积两炉次SiC涂层，得到有SiC涂层的C/SiC试样。
(5)将(4)中制备的试样表面的两炉次SiC涂层用砂轮完全磨掉，打开开气孔，再以和步骤(3)中所述同样的工艺条件沉积两炉次SiC涂层，涂层厚度约为50μm，以此作为制备裂纹的密度梯度缺陷修复方法。
在本施例中，C/SiC试样外部结硬壳后，外部致密内部疏松，产生密度梯度，对这种密度梯度进行了有效的修复，能减少C/SiC在制备过程中产生的微裂纹，减小C/SiC从表层到内部的密度梯度，减少孔隙率，在700～1100℃之间，试样修复前后相比，失重率从25％提高到2.5％，氧化失重10小时之后的抗弯强度，如图3所示，从0MPa提高到250～300MPa，有效的改善了C/SiC中温度段的抗氧化性能和提高C/SiC的相应抗弯强度。
实施例2：试样热损伤裂纹的修复。
(1)将二维碳纤维布进行同方向叠层得到二维(2D)叠层纤维预制体。
(2)将(1)中的纤维预制体沉积一炉次的PyC界面层，厚度大约为200nm。工艺条件为：沉积温度800～1000℃，Ar气流量150～200ml/min，C3H6气流量为150～250ml/min，沉积时间72h。
(3)将(2)所获得预制体进行化学气相沉积(CVD)SiC基体，工艺条件为：沉积温度800～1000℃，压力2～4kPa，H2气流量150～250ml/min，Ar气流量250～350ml/min，三氯甲基硅烷温度25～35℃，H2与MTS的摩尔质量比为8～12、沉积时间六炉次，每次120小时。得到原始试样母板。
(4)将(3)中制备的试样母板用砂轮打磨试样表面，打开开气孔，然后切割成试样所需尺寸，再以与(3)中同样的工艺条件沉积两炉次SiC涂层，得到有SiC涂层的C/SiC试样。
(5)将(4)中C/SiC试样上两炉次SiC涂层用砂轮彻底磨削掉，打开开气孔，再以(3)同样的工艺条件沉积两炉次SiC涂层，涂层厚度约为50μm。
(6)在氩气下1900℃热处理2小时，相当于对C/SiC进行高温考核，从而引入热损伤，使试样产生由热损伤引起的基体和涂层裂纹。
(7)利用和步骤(5)中所述同样的方法将热损伤试样表面的SiC涂层磨掉。
(8)按照步骤(3)中所描述的方法重新沉积两炉次SiC涂层，厚度约为50μm，以此为热损伤修复的方法。
在本施例中，C/SiC热损伤修复后，表面SiC涂层上的微裂纹密度从5.3/mm减小到2.0/mm，裂纹宽度从4.30μm减小到1.5μm，裂纹开口热暴露面积减小了87％，临界温度800℃以后，裂纹逐渐愈合，抗氧化性能恢复(如图1和图2所示，图1中穿透涂层的裂纹，防氧化效果差；图2中修复后的裂纹被封填，防氧化效果好)，且较原始试样有所提高，氧化10小时后失重率随着温度的升高不断减小，最终保持低于2.5％的水平。热损伤修复试样相比于热损伤试样经过10小时的氧化失重之后的抗弯强度，如图4所示，从0MPa提高到200～300MPa。
Claims (1)
1.一种陶瓷基复合材料热损伤裂纹的修复方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将二维碳纤维布进行同方向叠层编织，得到纤维预制体；
步骤2：对纤维预制体沉积一炉次的PyC界面层，厚度为200nm，工艺条件为：沉积温度800～1000℃，Ar气流量150～200mL/min，C3H6气流量为150～250mL/min，沉积时间72h；
步骤3：再进行化学气相沉积SiC基体，工艺条件为：沉积温度800～1000℃，压力2～4kPa，H2气流量150～250mL/min，Ar气流量250～350mL/min，三氯甲基硅烷温度25～35℃，H2与MTS的摩尔比为8～12、沉积时间六炉次，每次120小时，得到原始试样母板；
步骤4：采用砂轮打磨原始试样母板的表面，打开开气孔，然后切割成所需尺寸，再以与步骤3同样的工艺条件沉积两炉次SiC涂层，得到有SiC涂层的C/SiC；
步骤5：采用砂轮磨削掉C/SiC上两炉次SiC涂层，打开开气孔，再以与步骤3同样的工艺条件沉积两炉次SiC涂层；以此作为制备裂纹的密度梯度缺陷修复方法；
步骤6：在氩气下1900℃进行热处理2小时，相当于对C/SiC进行高温考核，从而引入热损伤，使试样产生由热损伤引起的涂层和基体裂纹；
步骤7：利用和步骤5中所述同样的方法将热损伤试样表面的SiC涂层彻底磨掉为止；
步骤8：按照步骤3的方法重新沉积两炉次SiC涂层；
步骤9：按照步骤3中的方法重新沉积两炉次SiC涂层，以此作为热损伤修复的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410629485.0A CN104446666B (zh) | 2014-11-11 | 2014-11-11 | 一种陶瓷基复合材料热损伤裂纹的修复方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410629485.0A CN104446666B (zh) | 2014-11-11 | 2014-11-11 | 一种陶瓷基复合材料热损伤裂纹的修复方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104446666A CN104446666A (zh) | 2015-03-25 |
| CN104446666B true CN104446666B (zh) | 2016-04-27 |
Family
ID=52893510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410629485.0A Active CN104446666B (zh) | 2014-11-11 | 2014-11-11 | 一种陶瓷基复合材料热损伤裂纹的修复方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104446666B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106495723A (zh) * | 2016-09-26 | 2017-03-15 | 陕西科技大学 | 一种适用于常压烧结法的碳纤维/碳化硅/羟基磷灰石人工骨复合材料的制备方法 |
| CN107088821B (zh) * | 2017-06-05 | 2019-04-02 | 安徽省亚欧陶瓷有限责任公司 | 一种陶瓷表面抛光修复工艺 |
| CN107915499B (zh) * | 2017-12-01 | 2020-08-25 | 苏州宏久航空防热材料科技有限公司 | 一种C/SiC陶瓷基复合材料的修复方法 |
| CN108069729B (zh) * | 2017-12-08 | 2021-01-01 | 南京航空航天大学 | 一种SiC/SiC陶瓷基复合材料的修复方法 |
| CN111455375B (zh) * | 2020-04-08 | 2022-06-07 | 西北工业大学 | 一种炭/炭复合材料SiC涂层的修复方法 |
| CN115849957B (zh) * | 2022-11-25 | 2023-08-11 | 南京航空航天大学 | 一种陶瓷基复合材料损伤缺陷的快速修复方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101139217A (zh) * | 2007-08-16 | 2008-03-12 | 中南大学 | 一种C/SiC复合材料表面抗氧化涂层及其制备方法 |
| CN103724054A (zh) * | 2013-09-11 | 2014-04-16 | 太仓派欧技术咨询服务有限公司 | 一种SiC-ZrC分段分喷管布的陶瓷基复合材料喷管 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3853035B2 (ja) * | 1997-08-12 | 2006-12-06 | 東海カーボン株式会社 | 耐酸化性ｃ／ｃ複合材及びその製造方法 |
-
2014
- 2014-11-11 CN CN201410629485.0A patent/CN104446666B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101139217A (zh) * | 2007-08-16 | 2008-03-12 | 中南大学 | 一种C/SiC复合材料表面抗氧化涂层及其制备方法 |
| CN103724054A (zh) * | 2013-09-11 | 2014-04-16 | 太仓派欧技术咨询服务有限公司 | 一种SiC-ZrC分段分喷管布的陶瓷基复合材料喷管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104446666A (zh) | 2015-03-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104446666B (zh) | 一种陶瓷基复合材料热损伤裂纹的修复方法 | |
| CN102964144B (zh) | 一种提高碳/碳复合材料表面涂层抗氧化性能的方法 | |
| CN104561891B (zh) | 双成分梯度阻氢渗透涂层及其制备方法 | |
| US11339100B2 (en) | Graded coating of element diffusion inhibition and adhesion resistance on mold for glass molding | |
| CN106544641B (zh) | 制备硬质合金基体金刚石涂层的预处理方法 | |
| CN105671551A (zh) | 金刚石复合涂层、具有该复合涂层的梯度超细硬质合金刀具及其制备方法 | |
| CN103993474B (zh) | 一种硬质碳纤维毡表面碳化硅涂层的制备方法 | |
| CN101470223B (zh) | 表面改性技术加工RB-SiC超光滑表面反射镜方法 | |
| CN107488044A (zh) | 具有高耐腐蚀性的碳化硅陶瓷连接材料以及连接碳化硅陶瓷的方法 | |
| CN105624677A (zh) | 硬质合金刀具表面金刚石/TiAlN复合涂层制备方法 | |
| Guo et al. | Controllable preparation of micro-textures on WC/Co substrate surface by an integrated laser-dry etching process for improving PVD coatings adhesion | |
| CN107052913A (zh) | RB‑SiC光学元件抛光工艺加工方法 | |
| CN113293354A (zh) | 用于包壳基体抗高温氧化涂层以及制备工艺 | |
| CN101845609A (zh) | 一种适用于单晶高温合金的阻扩散涂层的制备方法 | |
| CN115142018B (zh) | 一种耐高温液态铅/铅铋合金腐蚀的高熵合金涂层及其制备方法 | |
| CN106966749A (zh) | 一种用Ti3Si(Al)C2改性热结构复合材料的方法 | |
| CN105525258A (zh) | 用于铝合金表面的防腐耐磨Cr-DLC涂层及其制备方法 | |
| CN111041418B (zh) | 一种适用于铁基不锈钢的复合梯度阻氚涂层及其制备方法 | |
| CN105463382B (zh) | 一种提高TiAl合金氧化抗力的涂层及其制备方法 | |
| CN115894085B (zh) | 一种复合陶瓷涂层材料及其制备方法和应用 | |
| CN111348941B (zh) | C/c复合材料表面碳化物衍生碳/铼/铱涂层及其制备方法 | |
| CN107488045A (zh) | 具有低连接温度高弯曲强度的碳化硅陶瓷连接材料以及连接碳化硅陶瓷的方法 | |
| CN102557730B (zh) | 一种碳化硅陶瓷表面改性方法 | |
| Zhang et al. | Preparation and characterization of Ir coating on WC ceramic by double glow plasma | |
| CN105018886B (zh) | 一种兼备抗热震性和抗冲蚀性热障涂层的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |