CN105503272A - 一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法 - Google Patents

一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法；属于耐高温复合材料制备技术领域。其基本技术路线为首先采用包埋法制备SiC底层，然后再在SiC包覆碳/碳复合材料表面的表面采用溶胶-凝胶工艺制备莫来石中间层，最后采用原位反应烧结法在莫来石中间层表面制备BSAS外涂层。该方法与传统的等离子喷涂法、化学气相沉积法相比，具有设备成本低，工艺简单、快捷、高效，对于基体形状适应性强，所得涂层均匀致密等优势。本发明工艺简单可控，便于产业化应用。

Description

一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法；属于耐高温复合材料制备技术领域。
背景技术
高推重比是高性能航空发动机的显著标志，实现高推重比最直接的手段是提高涡轮前进口的温度。C/C复合材料(C/C)与传统高温合金材料相比，良好的高温力学性能、抗热震性、化学稳定性和尺寸稳定性等优良特性，是目前唯一可在2000℃以上保持较高力学性能的超高温复合材料。当前传统高温合金材料发展潜力已基本耗尽，采用C/C复合材料热端部件替代传统高温合金则可以大幅提高航空发动机的推重比和最大推力，改进燃油效率等关键性能，成为最具发展潜力的材料之一。
虽然C/C复合材料具有很多优良的高温性能，但是在高温有氧环境下的氧化敏感性成为制约其在高推比航空发动机应用的主要原因。因此解决高温燃气环境下的抗氧化/抗腐蚀问题是C/C复合材料在航空发动机上应用的关键。利用环境障碍涂层(Environmentbarriercoating，EBC)防护包括C/C复合材料在内的陶瓷基复合材料(CMC)，保障其能够在高温燃起环境中长期稳定运行，已经成为未来热端部件发展的核心共性基础技术。美、英、法等发达国家一直把EBC视为新一代航空发动机材料的发展重点之一，投入巨资进行研究。
目前主流的EBC结构通常采用粘结层/中间层/外层的3层结构体系。对于以C/C复合材料为基体的EBC结构设计而言，包埋法所制备的SiC涂层与C/C基体之间的界面结合良好，故通常选用包埋法制备SiC层作为粘结层。莫来石陶瓷具有高温相稳定性好，力学性能优异，抗热震/热循环能力强，耐腐蚀性环境等一系列优点，并且由于莫来石具有和SiC相近的热膨胀系数，使其成为理想的EBC中间层材料；最外层则采用低模量且具有较强抗水氧腐蚀能力的钡锶铝硅酸盐(BSAS，(1-x)BaO-xSrO-Al2O3-2SiO2，0≤x≤1)以进一步增强EBC在高温水氧环境中的抗腐蚀性能。
目前应用较为普遍的EBC制备技术主要有等离子喷涂和浆料浸渍。等离子喷涂工艺设备复杂，成本较高；浆料浸渍则存在着制备周期长且涂层性能差等缺点。因此，发展低成本、高效率和高性能的新型涂层制备技术，并且针对不同的涂层材料特点制定合理的涂层制备工艺组合以克服目前单一工艺所存在的缺陷，对于未来EBC技术的发展具有重要意义。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法。
本发明一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1包埋法制备SiC涂层
将C/C复合材料埋于包埋粉料内，在保护气氛下，进行烧结，得到基体Ⅰ；所述基体Ⅰ为均匀包覆有SiC涂层的C/C复合材料；烧结时控制温度为1750℃～1800℃；
所述包埋粉料中以质量百分比计包括下述组分：
Si粉：60～65％；
SiC粉：10～30％；
炭粉：5～10％；
Al2O3：1～5％；
步骤2溶胶-凝胶法制备莫来石中间层
步骤2.1
以可溶性铝盐、硅酸酯为原料、按摩尔比，Al：Si：H2O：有机溶剂：催化剂＝(2～3):(1～1.5):(5～8):(20～30):(0.3～0.5)，配取原料、有机溶剂、催化剂后进行回流反应得到凝胶；所得凝胶经干燥后在1200～1350℃的空气气氛中煅烧，得到预煅烧莫来石粉料A；所述硅酸酯选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丙酯中的至少一种；所述有机溶剂选在无水乙醇、无水甲醇中的至少一种；所述催化剂选自冰醋酸和氢氟酸中的至少一种；
步骤2.2
以可溶性铝盐、硅酸酯为原料、按摩尔比，Al：Si：有机溶剂：催化剂＝(2～3):(1～1.5):(5～8):(20～30):(0.3～0.5)，配取原料、有机溶剂、催化剂后在60～85℃进行回流反应4～6h，然后在滴入去离子水；并升温至80～85℃反应至少8小时后冷却、陈化；陈化后，在80～120℃干燥，得到莫来石前驱体粉料B；所述硅酸酯选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丙酯中的至少一种；所述有机溶剂选在无水乙醇、无水甲醇中的至少一种；所述催化剂选自冰醋酸和氢氟酸中的至少一种；
步骤2.3
按质量比，预煅烧莫来石粉料A：莫来石前驱体粉料B＝4～6:1，配取预煅烧莫来石粉料A、莫来石前驱体粉料B，按所配取预煅烧莫来石粉料A与莫来石前驱体粉料B总质量的0.3～1wt％配取成膜助剂；所述成膜助剂选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中的至少一种；按溶剂总质量的5～8wt％，配取干燥抑制剂；所述干燥抑制剂选自草酸、丙三醇中的至少一种；所述溶剂选自乙醇或甲醇中的至少一种；配取预煅烧莫来石粉料A+莫来石前驱体粉料B总质量与所用溶剂的质量比为15～35wt.％；
将配取的预煅烧莫来石粉料A、莫来石前驱体粉料B、成膜助剂、干燥抑制剂、溶剂通过球磨混合均匀后得到涂层前驱体浆料，将基体Ⅰ浸入浆料中，利用浸渍提拉技术进行浆料涂覆；涂覆完后，在1480～1515℃煅烧，得到基体Ⅱ；所述基体Ⅱ为均匀包覆有莫来石的基体Ⅰ(即莫来石/SiC/C/C复合材料)；
步骤3原位反应烧结法制备钡锶铝硅酸盐(BSAS)最外层：
步骤3.1
将步骤2.3所得基体Ⅱ浸入浆料C中，利用浸渍提拉装置进行浆料涂覆；得到均匀涂覆有浆料C的基体Ⅱ；所述浆料C由原料和溶剂按质量比，原料：溶剂＝65～80：20～35组成；所述原料由原料D、原料E、烧结助剂、成膜助剂组成；所述原料B占所述原料总质量的83～91％，
所述原料D由BaO、SrO、Al2O3和SiO2粉按摩尔比BaO：SrO：Al2O3：SiO2＝(1-x)：x：1：2，所述x大于0且小于1；
所述原料E占所述原料总质量的3～5％，所述原料C由Co2O3和ZrO2按质量比Co2O3：ZrO2＝(1-y)：y，所述y大于零且小于等于0.5；
所述B2O3烧结助剂占所述原料总质量的3～7％；
所述成膜助剂占所述原料总质量的3～5wt.％；所述成膜剂选自聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的至少一种；
步骤3.2
在有氧气氛下，与于1400～1500℃对将步骤3.1所得均匀涂覆有浆料A的基体Ⅱ进行烧结；得到含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料。
本发明一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，步骤一中所述包埋粉料的制备方法为：按设计组分配取Si粉、SiC粉、炭粉、Al2O3粉后，置于球磨罐中以200～250r/min的转速度湿磨2～4h后取出，置于干燥箱中于80～120℃下干燥48～72h，过筛，得到-60目的包埋粉料。
本发明一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，将包埋粉料中装入石墨罐中并将C/C复合材料样品埋于包埋粉料内后，在真空烧结炉中于氩气气氛中加热到1750℃～1800℃后保温2～2.5h，冷却至室温，取出样品，将样品用无水乙醇超声清洗干净后置于80-120℃下干燥2～4h后得到得到基体Ⅰ。
本发明一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，步骤2.1中，所得凝胶经干燥后在1200～1350℃的空气气氛中煅烧2～3小时，得到预煅烧莫来石粉料A。
本发明一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，步骤2.3中，所述球磨混合时，控制转速为200～300rpm、优选为250rpm、时间为2～5小时、优选为4小时；浸渍提拉时的提拉速率为0.8～1.21mm/min、优选为1mm/min，温度为35～55℃、优选为40-50℃、进一步优选为45℃，提拉釜内的氮气流速为1.2～1.8L/min、优选为1.5L/min。
本发明一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，步骤2.3中，涂覆完后，在1480～1515℃空气环境下煅烧2～4小时，得到基体Ⅱ。
本发明一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，步骤3.1中所述浆料C是通过下述方案制备的：
将按设计组分配取BaO粉、SrO粉、Al2O3粉、SiO2粉、Co2O3粉、ZrO2粉、烧结助剂、成膜助剂以及溶剂加入球磨机中，以180～240rpm的转速球磨6～10h后；浆料C；球磨时，所用球磨罐和磨球材质为玛瑙或氧化锆材质；所述BaO粉、SrO粉、Al2O3粉、SiO2粉、Co2O3粉、ZrO2粉的平均粒径为1～50μm,纯度为分析纯及以上纯度级别。
本发明一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，步骤3.1中利用浸渍提拉装置进行浆料涂覆时，控制提拉速率小于等于0.8mm/min、提拉温度35～50℃，相对湿度低于30％RH，提拉釜内的氮气流速为0.5～1.0L/min。
本发明一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，步骤3.2中，在空气气氛下，于1400～1500℃对将步骤3.1所得均匀涂覆有浆料A的基体Ⅱ进行烧结2～3小时；冷却，得到含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料。
本发明一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料，能适用于航空发动机热端部件服役环境，在高温燃气环境下，具有优异的氧化/腐蚀防护性能。
本发明的创新和改进效益体现在：
a)低成本、高效率和高质量的EBC涂层总体制备工艺流程设计：根据EBC体系中各层涂层的功能需求，优化设计了各层涂层的制备工艺并实现了各层涂层制备工艺流程之间的兼容。具体表现为：采用包埋法制备SiC底层，实现了SiC底层和C/C基体之间结合性能的提高；采用溶胶-凝胶法制备莫来石中间层，实现了在大幅降低烧结温度的同时保障莫来石中间层厚度高、致密、无裂纹，提高防护性能；采用原位反应烧结法制备钡锶铝硅酸盐(BSAS)外涂层，实现了外涂层的高效率、低成本制备。
b)低成本、高效率和高质量的溶胶-凝胶法莫来石涂层前驱体制备技术：针对低成本、高质量要求，设计了两步、非完全水解的莫来石前驱体溶胶-凝胶合成工艺路线。涂层浆料配方中采用引入预煅烧莫来石微粉的方式大幅提高了前驱体的陶瓷产率，有利于减少烧结过程中的收缩，实现了厚度高、致密、无裂纹莫来石中间层的低温烧结制备。
c)高精度浸渍-提拉控制技术：通过高精度浸渍-提拉装置实现提拉速率、提拉环境的温、湿度的有效控制，保证了涂覆均匀性控制和干燥速率控制最优。
附图说明
附图1为本发明实施例1中各步骤所制备样品的宏观照片；
附图2为本发明实施例1制备的BSAS/莫来石/SiC三层复合结构包覆C/C复合材料样品截面SEM照片；
附图3为本发明实施例1制备的BSAS外涂层表面SEM照片；
附图4为本发明实施例1制备的BSAS外涂层表面XRD图谱。
附图1中数字序号所标注的样品依次为：①为C/C复合材料基体，其颜色为黑色；②为SiC涂层包覆C/C复合材料样品(所述基体Ⅰ，其颜色为灰绿色)；③为莫来石/SiC双层涂层包覆C/C复合材料样品(所述基体Ⅱ，其颜色为纯白色)；④为BSAS/莫来石/SiC三层结构EBC包覆C/C复合材料样品，其颜色为天蓝色；各层涂层在宏观表观均匀致密，无孔洞、无裂纹。
从图2中可以看出各层涂层均匀致密，无贯穿性裂纹或孔洞，涂层间界面结合良好，涂层总厚度约为400μm。
从图3中可以看出BSAS外涂层表面致密无裂纹，具有良好的防护能力。
从图4中可以看出BSAS外涂层的主要成分为Ba0.75Sr0.25Al2Si2O8，同时存在少量的BaAl2Si2O8相。
具体实施方式
实施例1：
1.包埋法制备SiC涂层：首先将180gSi粉，90gSiC粉，15g炭粉，15gAl2O3置于球磨罐中以200r/min的转速度湿磨24h后取出，置于干燥箱中于90℃下干燥12h，再用60目的筛网过筛即得到包埋粉料。
将包埋粉料中装入石墨罐中并将C/C基体样品埋于包埋粉料内后，在真空烧结炉中于氩气气氛中加热到1750℃后保温2h，缓慢冷却至室温后取出样品。将样品用无水乙醇超声清洗干净后置于90℃下干燥2h后得到SiC涂层包覆C/C复合材料样品(基体Ⅰ)。
2.溶胶-凝胶法制备莫来石中间层：1)将10.4165g正硅酸乙酯和和56.247gAl(NO3)3·9H2O溶于50mL乙醇中，加入1.800g冰醋酸后于60℃水浴加热下回流反应4h后再升温至80℃反应12h，随后将反应得到的凝胶干燥后以250rpm转速球磨2h后放入马弗炉内，升温速率5℃/min，1200℃保温2h后随炉冷却至室温，制得预煅烧莫来石粉料A；2)将6.1233g乙酸铝、0.1500gAl(NO3)3·9H2O、12.4000g无水氯化铝和10.4165g正硅酸乙酯溶于50mL无水乙醇中后，加入1.2g冰醋酸作为催化剂后搅拌，待固体试剂完全溶解于无水乙醇后在隔绝水份环境下于60℃水浴加热下回流反应4h后再缓慢滴加入0.042g去离子水，随后升温至80℃反应12h。反应结束后将反应得到的凝胶陈化2个月后于120℃干燥12h后以250rpm转速球磨2h后得到莫来石前驱体粉料B；3)将35mL的无水乙醇和15mL的丙酮混合均匀后，加入0.19g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)搅拌至完全溶解，然后加入15g预煅烧莫来石粉料A、3.75g莫来石前驱体粉料B和2.5mL的草酸，于250rpm转速下球磨4h后得到涂覆浆料；4)将基体Ⅰ浸入步骤3)得到的浆料中，利用浸渍提拉技术进行浆料涂覆，提拉速率为1mm/min，提拉环境温度为45℃，提拉釜内的氮气流速为1.5L/min。涂覆完成后于管式炉内1500℃下烧结2h后得到莫来石/SiC双层结构抗氧化涂层包覆的C/C复合材料试样(基体Ⅱ)。
3.原位反应烧结法制备钡锶铝硅酸盐(BSAS)最外层：1)称取BaO粉料4.3500g、SrO粉料2.1250g、Al2O3粉料4.2000g和SiO2粉料5.0750g，加入Co2O3和ZrO2各0.35g，B2O31.5000g，PVB2.000g后，加入50mL无水乙醇，在玛瑙球磨罐中以于220rpm转速下球磨5h后得到BSAS外层涂覆浆料；2)将基体Ⅱ浸入步骤1)得到的浆料中，利用浸渍提拉技术进行浆料涂覆，提拉速率为0.6mm/min，提拉环境温度为45℃，相对湿度20％RH，提拉釜内的氮气流速为0.8L/min。涂覆完成后于管式炉内1450℃下烧结2h后得到BSAS/莫来石/SiC包覆C/C复合材料的样品。经1450℃静态空气环境氧化200h后，BSAS/莫来石/SiC包覆C/C复合材料样品氧化失重率仅为0.35％，具有优异的抗氧化性能。
实施例2：
1.包埋法制备SiC涂层：首先将260gSi粉，96gSiC粉，40g炭粉，4gAl2O3置于球磨罐中以200r/min的转速度湿磨8h后取出，置于干燥箱中于90℃下干燥12h，再用60目的筛网过筛即得到包埋粉料。
将包埋粉料中装入石墨罐中并将C/C基体样品埋于包埋粉料内后，在真空烧结炉中于氩气气氛中加热到1800℃后保温2h，缓慢冷却至室温后取出样品。将样品用无水乙醇超声清洗干净后置于90℃下干燥2h后得到SiC涂层包覆C/C复合材料样品(基体Ⅰ)。
2.溶胶-凝胶法制备莫来石中间层：1)将41.666g正硅酸乙酯和和225.078gAl(NO3)3·9H2O溶于200mL乙醇中，加入30g冰醋酸后于60℃水浴加热下回流反应4h后再升温至80℃反应12h，随后将反应得到的凝胶干燥后以250rpm转速球磨2h后放入马弗炉内，升温速率5℃/min，1200℃保温2h后随炉冷却至室温，制得预煅烧莫来石粉料A；2)将30.6165g乙酸铝、3.7498gAl(NO3)3·9H2O、12.0000g无水氯化铝和52.0852g正硅酸乙酯溶于200mL无水乙醇中后，加入20g冰醋酸作为催化剂后搅拌，待固体试剂完全溶解于无水乙醇后在隔绝水份环境下于60℃水浴加热下回流反应4h后再缓慢滴加入0.21g去离子水，随后升温至80℃反应12h。反应结束后将反应得到的凝胶陈化2个月后于120℃干燥12h后以250rpm转速球磨2h后得到莫来石前驱体粉料B；3)将35mL的无水乙醇和15mL的丙酮混合均匀后，加入0.5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)搅拌至完全溶解，然后加入17g预煅烧莫来石粉料A、4.25g莫来石前驱体粉料B和2.5mL的草酸，于250rpm转速下球磨4h后得到涂覆浆料；4)将基体Ⅰ浸入步骤3)得到的浆料中，利用浸渍提拉技术进行浆料涂覆，提拉速率为1mm/min，提拉环境温度为45℃，提拉釜内的氮气流速为1.5L/min。涂覆完成后于管式炉内1500℃下烧结2h后得到莫来石/SiC双层结构抗氧化涂层包覆的C/C复合材料试样(基体Ⅱ)。
3.原位反应烧结法制备钡锶铝硅酸盐(BSAS)最外层：1)称取BaO粉料7.9500g、SrO粉料5.000g、Al2O3粉料8.4000g和SiO2粉料10.1500g，加入Co2O3和ZrO2各0.7g，B2O32.0000g，PVB1.5000g后，加入50mL无水乙醇，在玛瑙球磨罐中以于240rpm转速下球磨8h后得到BSAS外层涂覆浆料；2)将基体Ⅱ浸入步骤1)得到的浆料中，利用浸渍提拉技术进行浆料涂覆，提拉速率为0.5mm/min，提拉环境温度为50℃，相对湿度15％RH，提拉釜内的氮气流速为1.0L/min。涂覆完成后于管式炉内1450℃下烧结2.5h后得到BSAS/莫来石/SiC包覆C/C复合材料的样品。经1450℃静态空气环境氧化200h后，BSAS/莫来石/SiC包覆C/C复合材料样品氧化失重率仅为0.41％，具有优异的抗氧化性能。
实施例3：
1.包埋法制备SiC涂层：首先将90gSi粉，70gSiC粉，30g炭粉，10gAl2O3置于球磨罐中以220r/min的转速度湿磨4h后取出，置于干燥箱中于90℃下干燥16h，再用60目的筛网过筛即得到包埋粉料。
将包埋粉料中装入石墨罐中并将C/C基体样品埋于包埋粉料内后，在真空烧结炉中于氩气气氛中加热到1800℃后保温2h，缓慢冷却至室温后取出样品。将样品用无水乙醇超声清洗干净后置于90℃下干燥2h后得到SiC涂层包覆C/C复合材料样品(基体Ⅰ)。
2.溶胶-凝胶法制备莫来石中间层：1)将52.0825g正硅酸乙酯和和281.3475gAl(NO3)3·9H2O溶于400mL乙醇中，加入45g冰醋酸后于60℃水浴加热下回流反应5h后再升温至80℃反应14h，随后将反应得到的凝胶干燥后以250rpm转速球磨2.5h后放入马弗炉内，升温速率5℃/min，1200℃保温2h后随炉冷却至室温，制得预煅烧莫来石粉料A；2)将30.6165g乙酸铝、3.7498gAl(NO3)3·9H2O、12.0000g无水氯化铝和52.0852g正硅酸乙酯溶于200mL无水乙醇中后，加入20g冰醋酸作为催化剂后搅拌，待固体试剂完全溶解于无水乙醇后在隔绝水份环境下于60℃水浴加热下回流反应4h后再缓慢滴加入0.21g去离子水，随后升温至85℃反应12h。反应结束后将反应得到的凝胶陈化2个月后于120℃干燥12h后以250rpm转速球磨4h后得到莫来石前驱体粉料B；3)将60mL的无水乙醇和25mL的丙酮混合均匀后，加入0.8g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)搅拌至完全溶解，然后加入25.000g预煅烧莫来石粉料A、5.6500g莫来石前驱体粉料B和5.0mL的草酸，于250rpm转速下球磨4h后得到涂覆浆料；4)将基体Ⅰ浸入步骤3)得到的浆料中，利用浸渍提拉技术进行浆料涂覆，提拉速率为1.2mm/min，提拉环境温度为45℃，提拉釜内的氮气流速为1.8L/min。涂覆完成后于管式炉内1500℃下烧结2.5h后得到莫来石/SiC双层结构抗氧化涂层包覆的C/C复合材料试样(基体Ⅱ)。
3.原位反应烧结法制备钡锶铝硅酸盐(BSAS)最外层：1)称取BaO粉料19.1662g、SrO粉料38.8573g、Al2O3粉料50.9800g和SiO2粉料120.168g，加入Co2O3和ZrO2各11.4586g，B2O315.0000g，PVB5.0000g后，加入200mL无水乙醇，在玛瑙球磨罐中以于240rpm转速下球磨10h后得到BSAS外层涂覆浆料；2)将基体Ⅱ浸入步骤1)得到的浆料中，利用浸渍提拉技术进行浆料涂覆，提拉速率为0.9mm/min，提拉环境温度为50℃，相对湿度15％RH，提拉釜内的氮气流速为1.8L/min。涂覆完成后于管式炉内1450℃下烧结2.5h后得到BSAS/莫来石/SiC包覆C/C复合材料的样品。经1450℃静态空气环境氧化200h后，BSAS/莫来石/SiC包覆C/C复合材料样品氧化失重率仅为0.53％，具有优异的抗氧化性能。

Claims (9)

1.一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1包埋法制备SiC涂层
将C/C复合材料埋于包埋粉料内，在保护气氛下，进行烧结，得到基体Ⅰ；所述基体Ⅰ为均匀包覆有SiC涂层的C/C复合材料；烧结时控制温度为1750℃～1800℃；
所述包埋粉料中以质量百分比计包括下述组分：
Si粉：60～65％；
SiC粉：10～30％；
炭粉：5～10％；
Al2O3：1～5％；
步骤2溶胶-凝胶法制备莫来石中间层
步骤2.1
以可溶性铝盐、硅酸酯为原料、按摩尔比，Al：Si：H2O：有机溶剂：催化剂＝(2～3):(1～1.5):(5～8):(20～30):(0.3～0.5)，配取原料、有机溶剂、催化剂后进行回流反应得到凝胶；所得凝胶经干燥后在1200～1350℃的空气气氛中煅烧，得到预煅烧莫来石粉料A；所述硅酸酯选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丙酯中的至少一种；所述有机溶剂选在无水乙醇、无水甲醇中的至少一种；所述催化剂选自冰醋酸和氢氟酸中的至少一种；
步骤2.2
以可溶性铝盐、硅酸酯为原料、按摩尔比，Al：Si：有机溶剂：催化剂＝(2～3):(1～1.5):(5～8):(20～30):(0.3～0.5)，配取原料、有机溶剂、催化剂后在60-85℃进行回流反应4～6h，然后在滴入去离子水；并升温至80～85℃反应至少8小时后冷却、陈化；陈化后，在80～120℃干燥，得到莫来石前驱体粉料B；所述硅酸酯选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丙酯中的至少一种；所述有机溶剂选在无水乙醇、无水甲醇中的至少一种；所述催化剂选自冰醋酸和氢氟酸中的至少一种；
步骤2.3
按质量比，预煅烧莫来石粉料A：莫来石前驱体粉料B＝4～6:1，配取预煅烧莫来石粉料A、莫来石前驱体粉料B，按所配取预煅烧莫来石粉料A与莫来石前驱体粉料B总质量的0.3～1％配取成膜助剂；所述成膜助剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种；按溶剂总质量的5～8％，配取干燥抑制剂；所述干燥抑制剂选自草酸、丙三醇中的至少一种；所述溶剂选自乙醇或甲醇中的至少一种；配取预煅烧莫来石粉料A+莫来石前驱体粉料B总质量为所用溶剂的质量的15～35％；
将配取的预煅烧莫来石粉料A、莫来石前驱体粉料B、成膜助剂、干燥抑制剂、溶剂通过球磨混合均匀后得到涂层前驱体浆料，将基体Ⅰ浸入浆料中，利用浸渍提拉技术进行浆料涂覆；涂覆完后，在1480～1515℃煅烧，得到基体Ⅱ；所述基体Ⅱ为均匀包覆有莫来石的基体Ⅰ；
步骤3原位反应烧结法制备钡锶铝硅酸盐最外层：
步骤3.1
将步骤2.3所得基体Ⅱ浸入浆料C中，利用浸渍提拉装置进行浆料涂覆；得到均匀涂覆有浆料C的基体Ⅱ；所述浆料C由原料和溶剂按质量比，原料：溶剂＝65～80：20～35组成；所述原料由原料D、原料E、烧结助剂、成膜助剂组成；所述原料B占所述原料总质量的83～91％，
所述原料D由BaO、SrO、Al2O3和SiO2粉按摩尔比BaO：SrO：Al2O3：SiO2＝(1-x)：x：1：2，所述x大于0且小于1；
所述原料E占所述原料总质量的3～5％，所述原料C由Co2O3和ZrO2按质量比Co2O3：ZrO2＝(1-y)：y，所述y大于零且小于等于0.5；
所述烧结助剂B2O3占所述原料总质量的3～7％；
所述成膜助剂占所述原料总质量的3～5％；所述成膜剂选自聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；
步骤3.2
在有氧气氛下，与于1400～1500℃对将步骤3.1所得均匀涂覆有浆料A的基体Ⅱ进行烧结；得到含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述包埋粉料的制备方法为：按设计组分配取Si粉、SiC粉、炭粉、Al2O3粉后，置于球磨罐中以200～250r/min的转速度湿磨2～4h后取出，置于干燥箱中于80～120℃下干燥48～72h，过筛，得到-60目的包埋粉料。
3.根据权利要求2所述的一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，其特征在于：将包埋粉料中装入石墨罐中并将C/C复合材料样品埋于包埋粉料内后，在真空烧结炉中于氩气气氛中加热到1750℃～1800℃后保温2～2.5h，冷却至室温，取出样品，将样品用无水乙醇超声清洗干净后置于80～120℃下干燥2～4h后得到得到基体Ⅰ。
4.根据权利要求1所述的一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2.1中，所得凝胶经干燥后在1200～1350℃的空气气氛中煅烧2～3小时，得到预煅烧莫来石粉料A。
5.根据权利要求1所述的一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2.3中，所述球磨混合时，控制转速为200～300rpm、时间为2-5小时；浸渍提拉时的提拉速率为0.8～1.20mm/min、，温度为35～55℃，提拉釜内的氮气流速为1.2～1.8L/min。
6.根据权利要求1所述的一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2.3中，涂覆完后，在1480～1515℃空气环境下煅烧2～4小时，得到基体Ⅱ。
7.根据权利要求1所述的一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3.1中所述浆料C是通过下述方案制备的：
将按设计组分配取BaO粉、SrO粉、Al2O3粉、SiO2粉、Co2O3粉、ZrO2粉、烧结助剂、成膜助剂以及溶剂加入球磨机中，以180～240rpm的转速球磨6～10h后；浆料C；球磨时，所用球磨罐和磨球材质为玛瑙或氧化锆材质；所述BaO粉、SrO粉、Al2O3粉、SiO2粉、Co2O3粉、ZrO2粉的平均粒径为1～50μm,纯度为分析纯及以上纯度级别。
8.根据权利要求1所述的一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3.1中利用浸渍提拉装置进行浆料涂覆时，控制提拉速率小于等于0.8mm/min、提拉温度35～50℃，相对湿度低于30％RH，提拉釜内的氮气流速为0.5～1.0L/min。
9.根据权利要求1所述的一种含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3.2中，在空气气氛下，于1400-1500℃对将步骤3.1所得均匀涂覆有浆料A的基体Ⅱ进行烧结2～3小时；冷却，得到含钡锶铝硅酸盐/莫来石/SiC三层复合结构涂层的复合材料。
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