CN105777207B - 碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法 - Google Patents

碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法，包括以下步骤：1)将Yb2SiO5粉体与Yb2Si2O7晶须分散于异丙醇中，配成Yb3+浓度为30～45g/L混合物A；2)将混合物A超声震荡，然后搅拌，制得悬浮液A；3)向悬浮液A中加入碘单质，得混合物B，将混合物B超声震荡30～60min，然后边加热边搅拌，制得悬浮液B；4)将悬浮液B加入水热釜内，以石墨电极为阳极，导电基体为阴极，将带有SiC内涂层的碳/碳复合材料试样夹在水热釜内的阴极上，放入电磁感应加热器中进行反应；5)反应结束后取出带有SiC内涂层的碳/碳复合材料试样，干燥后，制得碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧的Yb2SiO5复合涂层。该方法工艺设备简单，反应周期短，成本低，具有广阔的发展前景。

Description

碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法
技术领域
本发明属于C/C复合材料技术领域，具体涉及一种碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法。
背景技术
碳/碳(C/C)复合材料具有热膨胀系数低、密度低、耐高温、耐烧蚀、高强度、高模量等优异性能，特别是在惰性气氛的2200℃以内条件下其强度和模量随温度升高而增加的优异性能，使其在航空航天领域具有广阔的应用前景。然而，C/C复合材料在超过450℃的有氧环境就会被氧化，C/C复合材料中的一些活性点部位易吸附空气中的氧气而发生氧化，氧化质量损失导致其强度下降，限制了其实际应用。因此，解决C/C复合材料高温防氧化问题是充分利用其性能的关键。研究表明，涂层技术是解决高温氧化问题的关键。
目前研究较多的C/C复合材料高温抗氧化涂层有SiC[Y.L.Zhang,H.J.Li,Q.G.Fu.A C/SiC gradient oxidation protective coating for carbon/carboncomposites.Surf.Coaf.Techol.,2006,201:3491-3495.]、Si-MoSi2[Yu-Lei Zhang, He-Jun Li,Xi-Yuan Yao.Oxidation protection of C/SiC coated carbon/carboncomposites with Si-Mo coating at high temperature,Corros.Sci.,2011,53: 2075-2079.]、Mo-Si-N[Z.H.Lai,J.C.Zhu,J.H.Jeon.Phase constitutions of Mo-Si-N anti-oxidation multi-layer coatings on C/C composites by fused slurry.Mater.Sci.Eng.A,2009,499:267-270.]和Si-Mo-SiO2[Z.Q.Yan,X.Xiong,P. Xiao,etal.Si-Mo-SiO2oxidation protective coatings prepared by slurry painting for C/C-SiC composites.Surf.Coaf.Techol.,2008,202:4734-4740.]等，黄剑锋等还研究了以SiC为过渡层的其它复合涂层，如SiC/MoSi2-CrSi2-Si[Li-He-Jun, Feng Tao,Fu Qian-Gang.Oxidation and erosion resistance of MoSi2-CrSi2-Si/SiC coated C/Ccomposites in static and aerodynamic oxidation environment,Carbon, 2012,48:1636-1642.]等。然而，由于涂层与SiC内涂层之间热膨胀系数不匹配，以及在高温水蒸气气氛下，SiC表面SiO2薄膜与H2O反应生成Si(OH)4，导致材料表面严重退化，从而导致涂层在高温燃气冲刷条件下剥落、开裂等问题，使基体的氧化保护时间变短。
稀土硅酸盐材料做为热障/环障涂层方面的候选材料，具有膨胀系数低、高温热稳定性和化学稳定性好、在水蒸气环境下耐蚀性好等优点，Yb2Si2O7陶瓷材料热膨胀系数低(热膨胀系数为3.7×10-6/℃)，与SiC(4.5-5.53.7×10-6/℃)内涂层热膨胀系数接近，且与基体相容性好、不存在高温多型相变，是理想的热障/环障涂层材料[赵岑.Yb2Si2O7的制备及性能研究[D].北京:北京化工大学, 2013:1-79.]。为了解决SiC和Yb2SiO5内外涂层间由于膨胀系数差异造成的缺陷问题，借鉴晶须增韧陶瓷的思想[XW Yin,LF Cheng,LT Zhang,et al. Microstructure and oxidation resistance of Carbon/silicon carbidecomposites infiltrated with chromium silicide[J].Materials Science andEngineering A,2000, 290:89-94.]，能够在一定程度上降低涂层开裂与剥落的趋势[曾燮榕，李贺军，杨峥，等.表面硅化对C/C复合材料组织结构的影响[J].金属热处理学报,2000,21(2)：64-67.]。
到目前为止外涂层的制备方法多种多样，主要有以下几种：包埋法，超临界流体，原位成型，溶胶-凝胶法，熔浆涂覆法，爆炸喷涂和超声波喷涂法等。包埋法的缺点是涂层的致密性和均匀性及涂层厚度不易控制，诸多因素(粉料配比、反应时间、温度和基体材料的性质等)对反应和扩散程度有影响，故要制备出致密、缺陷少的涂层比较困难。超临界态流体技术制备C/C复合材料涂层需要在高温高压下进行，该方法对设备的要求较高，并且形成的外涂层要在惰性气氛下进行热处理，制备周期比较长[Bemeburg P L,Krukonis V J.Processing of carbon/carbon composites using supercritical fluid technology[P]. United States Patent US 5035921,1991]，采用原位成型法制备的涂层需要在1500℃下高温处理，且不能一次制备完成[Huang Jian-Feng,Li He-Jun,Zeng Xie-Rong,Li Ke-Zhi.Surf.coat.Technol.2006,200,5379.]，采用溶胶-凝胶法制备的外涂层表面干燥时容易开裂并且涂层厚度不足，需要多次浸涂[Huang Jian-Feng,Zeng Xie-Rong,LiHe-Jun,Xiong Xin-Bo,Sun Guo-ling.Surf.coat. Technol.2005,190,255.]，熔浆涂覆法的不足之处是涂层与基体材料的结合性较差，涂层的均匀性不易控制，致密性较难达到要求。而采用爆炸喷涂和超声波喷涂法虽然已经制备出部分合金涂层，但是，该工艺还有很多不完善的地方，所制备的高温防氧化性能尚需要进一步的提高[Terentieva V S,Bogachkova O P, Goriatcheva E V.Method for protecting products made of arefractory material against oxidation,and resulting products[p].US 5677060,1997.]。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法，该方法操作简单，对设备要求低，反应周期短。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
1)将Yb2SiO5粉体与Yb2Si2O7晶须分散于异丙醇中，配成Yb3+浓度为 30～45g/L混合物A；其中，Yb2Si2O7晶须占Yb2SiO5粉体与Yb2Si2O7晶须总质量的10～30％，Yb2SiO5粉体占所述Yb2SiO5粉体与Yb2Si2O7晶须总质量的 70～90％；
2)将混合物A超声震荡30～60min，然后搅拌3-6h，制得悬浮液A；
3)向悬浮液A中加入碘单质，得混合物B，混合物B中碘单质的浓度为 4.0～5.0g/L，将混合物B超声震荡30～60min，然后边加热边搅拌，制得悬浮液 B；
4)将悬浮液B加入水热釜内，以石墨电极为阳极，导电基体为阴极，水热釜的阴阳两极与双脉冲电源相应两极连接；将带有SiC内涂层的碳/碳复合材料试样夹在水热釜内的阴极上，密封水热釜，放入电磁感应加热器中进行反应；
5)反应结束后取出带有SiC内涂层的碳/碳复合材料试样，干燥后，制得碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧的Yb2SiO5复合涂层。
步骤1)所述的Yb2SiO5粉体由以下步骤制得：
(1)取Yb(NO)3·5H2O，溶解于无水乙醇中，配制成浓度为0.05～0.1mol/L 的溶液A；按Yb(NO)3·5H2O:正硅酸乙酯＝1:(0.5～0.8)的摩尔比，取 Si(OC2H5)4，加入到溶液A中，充分搅拌1～3h，制得溶液B；
(2)将溶液B在80～110℃下进行溶剂热反应，然后冷却至室温，制得湿凝胶，将湿凝胶干燥后，得到粉体A；将粉体A先在400℃下预烧，冷却至室温，制得粉体B；
(3)按粉体B:Na2MoO4·2H2O＝1:(1～2)的质量比，将粉体B和 Na2MoO4·2H2O充分混合均匀，在700～900℃下烧结，制得粉体C；将粉体C 加水溶解后，进行离心分离，取沉淀，将沉淀洗涤后、干燥，制得Yb2SiO5粉体。
所述步骤(2)中：将溶液B置于水热反应釜中，将反应釜置于恒温烘箱中进行溶剂热反应；将湿凝胶置于恒温干燥器中，于60～80℃下，干燥6～10h；将粉体A研磨之后放入坩埚中，再将坩埚置于马弗炉中进行预烧，预烧处理时间为0.5～1h。
所述步骤(3)中：将粉体B和Na2MoO4·2H2O充分混合均匀后，置于马弗炉中进行烧结，烧结时间为3～5h；将沉淀依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤 3～5次；干燥是在60～80℃的电热鼓风干燥箱中干燥1～3h。
步骤1)所述的Yb2Si2O7晶须由以下步骤制得：
(1)取Yb(NO)3·5H2O，溶解于无水乙醇中，配制成浓度为配制成浓度为0.5～1mol/L的溶液C；按Yb(NO)3·5H2O:Si(OC2H5)4＝1:(1～1.5)的摩尔比，将Si(OC2H5)4加入溶液A中，充分搅拌均匀，制得溶液D；将溶液D干燥后，得到粉体B，并将粉体B在200℃下预烧处理，冷却至室温，制得粉体 C；
(2)将粉体C与混合复盐按照1:(1～2)的质量比混合均匀后，在 800～1000℃下热处理，制得粉体D；其中，混合复盐是由氯化钠与氯化钾按 1:(1～2)的质量比混合而成；将粉体D加水溶解后，离心处理，将沉淀洗涤、干燥，制得Yb2Si2O7晶须。
所述步骤(1)中：充分搅拌时间为1～3h；将粉体B置于坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中预烧处理1～3h；将溶液D置于恒温反应器中，在50～70℃下，干燥8～10h。
所述步骤(2)中：热处理是在马弗炉中进行，热处理时间为3～7min；离心是在8000～10000r/min下，处理8～12min；洗涤是将沉淀依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤3～5次；干燥是在40～60℃下，干燥1～3h。
步骤3)是60～80℃下，搅拌1～3h，制得悬浮液B。
步骤4)中，电磁感应加热器的加热电流控制在300～500A，保温功率电流控制在200～300A；脉冲电源周期控制在1000～3000ms，峰值电流控制在 40～60A，正向脉冲工作时间控制在400～800ms，反向脉冲工作时间控制在 100～300ms，正反脉冲宽度控制在100～300μs，组工作时间设置在8～12min，总工作时间控制在10～25min。
步骤5)是将取出的带有SiC内涂层的碳/碳复合材料试样置于电热鼓风干燥箱中，于50～80℃下，干燥1～3h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法，采用电磁感应加热-双脉冲电泳沉积法来制备碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层，电磁感应加热-双脉冲电泳沉积具有水电分离、易于操作、快速加热及节能的优势，而且该方法是一种温和的表面涂覆方法，可避免采用传统高温涂覆而引起的相变和脆裂，在一定程度上解决涂层制备过程中对基体的热损伤，它可以实现在形状复杂或表面多孔的基体表面形成均匀的沉积层，并能精确控制涂层成分、厚度和孔隙率，使得简单高效制备多相复合涂层和梯度陶瓷涂层成为可能。采用本发明方法可以在低温条件下，制备出厚度均匀无贯穿裂纹和微孔的碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层，该复合涂层与SiC包覆的碳基体结合的较好。
附图说明
图1为实施例1制备的Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合外涂层表面SEM 图；
图2为实施例1制备的Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合外涂层断面SEM 图，其中Resin表示树脂。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
1)选市售碘单质的纯度≥99.7％，异丙醇的纯度≥99.8％；
2)Yb2Si2O7晶须的制备，包括以下步骤：
(1)取Yb(NO)3·5H2O，溶解于无水乙醇中，配制成浓度为配制成浓度为 0.5～1mol/L的溶液C；按Yb(NO)3·5H2O:Si(OC2H5)4＝1:(1～1.5)的摩尔比，将Si(OC2H5)4加入溶液A中，充分搅拌均匀，制得溶液D；将溶液D干燥后，得到粉体B，并将粉体B在200℃下预烧处理，冷却至室温，制得粉体C；
(2)将粉体C与混合复盐按照1:(1～2)的质量比混合均匀后，在 800～1000℃下热处理，制得粉体D；其中，混合复盐是由氯化钠与氯化钾按 1:(1～2)的质量比混合而成；将粉体D加水溶解后，离心处理，将沉淀洗涤、干燥，制得Yb2Si2O7晶须。
其中，所述步骤(1)中：充分搅拌时间为1～3h；将粉体B置于坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中预烧处理1～3h；将溶液D置于恒温反应器中，在 50～70℃下，干燥8～10h；
所述步骤(2)中：热处理是在马弗炉中进行，热处理时间为3～7min；离心是在8000～10000r/min下，处理8～12min；洗涤是将沉淀依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤3～5次；干燥是在40～60℃下，干燥1～3h。
3)Yb2SiO5粉体的制备，包括以下步骤：
(1)取Yb(NO)3·5H2O，溶解于无水乙醇中，配制成浓度为0.05～0.1mol/L 的溶液A；按Yb(NO)3·5H2O:正硅酸乙酯＝1:(0.5～0.8)的摩尔比，取 Si(OC2H5)4，加入到溶液A中，充分搅拌1～3h，制得溶液B；
(2)将溶液B在80～110℃下进行溶剂热反应，然后冷却至室温，制得湿凝胶，将湿凝胶干燥后，得到粉体A；将粉体A先在400℃下预烧，冷却至室温，制得粉体B；
(3)按粉体B:Na2MoO4·2H2O＝1:(1～2)的质量比，将粉体B和 Na2MoO4·2H2O充分混合均匀，在700～900℃下烧结，制得粉体C；将粉体C 加水溶解后，进行离心分离，取沉淀，将沉淀洗涤后、干燥，制得Yb2SiO5粉体。
其中，所述步骤(2)中：将溶液B置于水热反应釜中，将反应釜置于恒温烘箱中进行溶剂热反应；将湿凝胶置于恒温干燥器中，于60～80℃下，干燥 6～10h；将粉体A研磨之后放入坩埚中，再将坩埚置于马弗炉中进行预烧，预烧处理时间为0.5～1h。
所述步骤(3)中：将粉体B和Na2MoO4·2H2O充分混合均匀后，置于马弗炉中进行烧结，烧结时间为3～5h；将沉淀依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤3～5 次；干燥是在60～80℃的电热鼓风干燥箱中干燥1～3h。
4)将Yb2SiO5粉体与Yb2Si2O7晶须分散于异丙醇中，得混合物A，混合物A中Yb3+的总浓度为30-45g/L，Yb2Si2O7晶须的含量为Yb2SiO5粉体与 Yb2Si2O7晶须总质量的10-30％，Yb2SiO5粉体的含量为所述总质量的70-90％，将混合物A超声震荡30-60min，然后磁力搅拌3-6h得悬浮液A；
5)向悬浮液A中加入碘单质得混合物B，混合物B中碘单质的浓度为 4.0-5.0g/L，将混合物B超声震荡30-60min，然后边加热边磁力搅拌1-3h得悬浮液B，加热温度为60-80℃；
6)将悬浮液B倒入一个以石墨电极为阳极，导电基体为阴极的装置内，该装置的阴阳两极与脉冲电源相应两极连接，然后将带有SiC内涂层的C/C复合材料试样夹在该装置内的阴极上，再将该装置放入电磁感应加热器中。其中，电磁加热器加热电流控制在300-500A，保温功率电流控制在200-300A。脉冲电源周期控制在1000-3000ms，峰值电流控制在40-60A，正向脉冲工作时间控制在400-800ms，反向脉冲工作时间控制在100-300ms，正反脉冲宽度控制在 100-300μs，组工作时间设置在8-12min，总工作时间控制在10-25min，待反应结束后关闭装置电源；
7)经过步骤6)后，打开装置并取出试样，将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在50-80℃下干燥1-3h。
实施例1
1)选市售碘单质的纯度≥99.7％，异丙醇的纯度≥99.8％；
2)称取适量Yb2SiO5粉体以及Yb2Si2O7晶须(Yb2Si2O7晶须的含量为二者总质量的10％，Yb2SiO5粉体的含量为二者总质量的90％)分散于1.5L异丙醇中，配制成Yb2SiO5粉体与Yb2Si2O7晶须总浓度为30g/L的悬浮液，将悬浮液超声震荡(超声功率为800W)30min，然后放置在磁力搅拌器上搅拌3h，得悬浮液A；
3)向悬浮液A中加入碘单质(控制碘单质的浓度为4.0g/L)后超声震荡 (超声功率为800W)40min，然后放置在磁力搅拌器上搅拌1h(搅拌过程中进行加热并控制加热温度为60℃)，得悬浮液B；
4)将悬浮液B倒入一个以石墨电极为阳极，导电基体为阴极的装置内，该装置的阴阳两极与脉冲电源相应两极连接，然后将带有SiC内涂层的C/C复合材料试样夹在该装置内的阴极上，再将该装置放入电磁感应加热器中。其中，电磁加热器加热电流控制在300A，保温功率电流控制在200A。脉冲电源周期控制在1000ms，峰值电流控制在40–60A，正向脉冲工作时间控制在400ms，反向脉冲工作时间控制在100ms，正反脉冲宽度控制在100μs，组工作时间设置在9min，总工作时间控制在20min，待反应结束后关闭装置电源；
5)打开水热釜，取出试样，然后将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在50℃下干燥3h，即得最终产物Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合外涂层保护的SiC-C/C试样。
参见图1，涂层由片状晶粒和晶须组成，表面可以明显看到少量的晶须，涂层表面较为致密，由于工作时间较短，涂层表面还存在一定的孔洞，工作时间提高可以使涂层的致密性和均匀性得到明显的提高。
参见图2，涂层是由晶粒和纤维组成，且晶粒和纤维组成较为致密层状结构，这样可以防止氧气通过外涂层进入到基体内部。但是由于工作时间短以及 Yb2SiO5与SiC内涂层热膨胀系数不太匹配，所以结合处还存在一定缺陷，可以提高工作时间、工作电流弥补这一缺陷。
实施例2
1)选市售碘单质的纯度≥99.7％，异丙醇的纯度≥99.8％；
2)称取适量Yb2SiO5粉体以及Yb2Si2O7晶须(Yb2Si2O7晶须的含量为二者总质量的20％，Yb2SiO5粉体的含量为二者总质量的80％)分散于1.5L异丙醇中，配制成Yb2SiO5粉体与Yb2Si2O7晶须总浓度为35g/L的悬浮液，将悬浮液超声震荡(超声功率为800W)40min，然后放置在磁力搅拌器上搅拌4h，得悬浮液A；
3)向悬浮液A中加入碘单质(控制碘单质的浓度为4.2g/L)后超声震荡 (超声功率为800W)30min，然后放置在磁力搅拌器上搅拌1h(搅拌过程中进行加热并控制加热温度为60℃)，得悬浮液B；
4)将悬浮液B倒入一个以石墨电极为阳极，导电基体为阴极的装置内，该装置的阴阳两极与脉冲电源相应两极连接，然后将带有SiC内涂层的C/C复合材料试样夹在该装置内的阴极上，再将该装置放入电磁感应加热器中。其中，电磁加热器加热电流控制在350A，保温功率电流控制在220A。脉冲电源周期控制在1500ms，峰值电流控制在45A，正向脉冲工作时间控制在400ms，反向脉冲工作时间控制在100ms，正反脉冲宽度控制在100μs，组工作时间设置在11min，总工作时间控制在25min，待反应结束后关闭装置电源；
5)打开水热釜，取出试样，然后将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在60℃下干燥3h，即得最终产物Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合外涂层保护的SiC–C/C试样。
实施例3
1)选市售碘单质的纯度≥99.7％，异丙醇的纯度≥99.8％；
2)称取适量Yb2SiO5粉体以及Yb2Si2O7晶须(Yb2Si2O7晶须的含量为二者总质量的30％，Yb2SiO5粉体的含量为二者总质量的70％)分散于1.8L异丙醇中，配制成Yb2SiO5粉体与Yb2Si2O7晶须总浓度为40g/L的悬浮液，将悬浮液超声震荡(超声功率为800W)50min，然后放置在磁力搅拌器上搅拌5h，得悬浮液A；
3)向悬浮液A中加入碘单质(控制碘单质的浓度为4.5g/L)后超声震荡(超声功率为800W)40min，然后放置在磁力搅拌器上搅拌1.5h(搅拌过程中进行加热并控制加热温度为70℃)，得悬浮液B；
4)将悬浮液B倒入一个以石墨电极为阳极，导电基体为阴极的装置内，该装置的阴阳两极与脉冲电源相应两极连接，然后将带有SiC内涂层的C/C复合材料试样夹在该装置内的阴极上，再将该装置放入电磁感应加热器中。其中，电磁加热器加热电流控制在400A，保温功率电流控制在240A。脉冲电源周期控制在1500ms，峰值电流控制在50A，正向脉冲工作时间控制在500ms，反向脉冲工作时间控制在200ms，正反脉冲宽度控制在200μs，组工作时间设置在10min，总工作时间控制在12min，待反应结束后关闭装置电源；
5)打开水热釜，取出试样，然后将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在70℃下干燥3h，即得最终产物Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合外涂层保护的SiC-C/C试样。
实施例4：
1)选市售碘单质的纯度≥99.7％，异丙醇的纯度≥99.8％；
2)称取适量Yb2SiO5粉体以及Yb2Si2O7晶须(Yb2Si2O7晶须的含量为二者总质量的40％，Yb2SiO5粉体的含量为二者总质量的60％)分散于1.8L异丙醇中，配制成Yb2SiO5粉体与Yb2Si2O7晶须总浓度为40g/L的悬浮液，将悬浮液超声震荡(超声功率为800W)60min，然后放置在磁力搅拌器上搅拌5h，得悬浮液A；
3)向悬浮液A中加入碘单质(控制碘单质的浓度为4.8g/L)后超声震荡 (超声功率为800W)50min，然后放置在磁力搅拌器上搅拌2h(搅拌过程中进行加热并控制加热温度为70℃)，得悬浮液B；
4)将悬浮液B倒入一个以石墨电极为阳极，导电基体为阴极的装置内，该装置的阴阳两极与脉冲电源相应两极连接，然后将带有SiC内涂层的C/C复合材料试样夹在该装置内的阴极上，再将该装置放入电磁感应加热器中。其中，电磁加热器加热电流控制在450A，保温功率电流控制在260A。脉冲电源周期控制在2000ms，峰值电流控制在55A，正向脉冲工作时间控制在600ms，反向脉冲工作时间控制在200ms，正反脉冲宽度控制在200μs，组工作时间设置在8min，总工作时间控制在25min，待反应结束后关闭装置电源；
5)打开水热釜，取出试样，然后将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在80℃下干燥1h，即得最终产物Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合外涂层保护的SiC–C/C试样。
实施例5
1)选市售碘单质的纯度≥99.7％，异丙醇的纯度≥99.8％；
2)称取适量Yb2SiO5粉体以及Yb2Si2O7晶须(Yb2Si2O7晶须的含量为二者总质量的50％，Yb2SiO5粉体的含量为二者总质量的50％)分散于2.0L异丙醇中，配制成Yb2SiO5粉体与Yb2Si2O7晶须总浓度为45g/L的悬浮液，将悬浮液超声震荡(超声功率为800W)60min，然后放置在磁力搅拌器上搅拌6h，得悬浮液A；
3)向悬浮液A中加入碘单质(控制碘单质的浓度为5.0g/L)后超声震荡 (超声功率为800W)60min，然后放置在磁力搅拌器上搅拌3h(搅拌过程中进行加热并控制加热温度为80℃)，得悬浮液B；
4)将悬浮液B倒入一个以石墨电极为阳极，导电基体为阴极的装置内，该装置的阴阳两极与脉冲电源相应两极连接，然后将带有SiC内涂层的C/C复合材料试样夹在该装置内的阴极上，再将该装置放入电磁感应加热器中。其中，电磁加热器加热电流控制在500A，保温功率电流控制在300A。脉冲电源周期控制在3000ms，峰值电流控制在60A，正向脉冲工作时间控制在800ms，反向脉冲工作时间控制在300ms，正反脉冲宽度控制在300μs，组工作时间设置在12min，总工作时间控制在25min，待反应结束后关闭装置电源；
5)打开水热釜，取出试样，然后将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在80℃下干燥3h，即得最终产物Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合外涂层保护的SiC–C/C试样。
综上所述，本发明的具有以下优势：
1)本发明制备的碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合外涂层表面无裂纹，与SiC包覆的碳基体结合的较好。
2)本发明在低温下即可获得结构可控且性能良好的碳/碳复合材料 Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合外涂层。
3)本发明制备工艺简单，操作方便，原料易得，制备成本较低。

Claims (10)

1.一种碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将Yb2SiO5粉体与Yb2Si2O7晶须分散于异丙醇中，配成Yb3+浓度为30～45g/L混合物A；其中，Yb2Si2O7晶须占Yb2SiO5粉体与Yb2Si2O7晶须总质量的10～30％，Yb2SiO5粉体占所述Yb2SiO5粉体与Yb2Si2O7晶须总质量的70～90％；
2)将混合物A超声震荡30～60min，然后搅拌3-6h，制得悬浮液A；
3)向悬浮液A中加入碘单质，得混合物B，混合物B中碘单质的浓度为4.0～5.0g/L，将混合物B超声震荡30～60min，然后边加热边搅拌，制得悬浮液B；
4)将悬浮液B加入水热釜内，以石墨电极为阳极，导电基体为阴极，水热釜的阴阳两极与双脉冲电源相应两极连接；将带有SiC内涂层的碳/碳复合材料试样夹在水热釜内的阴极上，密封水热釜，放入电磁感应加热器中进行反应；
5)反应结束后取出带有SiC内涂层的碳/碳复合材料试样，干燥后，制得碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧的Yb2SiO5复合涂层。
2.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的Yb2SiO5粉体由以下步骤制得：
(1)取Yb(NO)3·5H2O，溶解于无水乙醇中，配制成浓度为0.05～0.1mol/L的溶液A；按Yb(NO)3·5H2O:正硅酸乙酯＝1:(0.5～0.8)的摩尔比，取Si(OC2H5)4，加入到溶液A中，充分搅拌1～3h，制得溶液B；
(2)将溶液B在80～110℃下进行溶剂热反应，然后冷却至室温，制得湿凝胶，将湿凝胶干燥后，得到粉体A；将粉体A先在400℃下预烧，冷却至室温，制得粉体B；
(3)按粉体B:Na2MoO4·2H2O＝1:(1～2)的质量比，将粉体B和Na2MoO4·2H2O充分混合均匀，在700～900℃下烧结，制得粉体C；将粉体C加水溶解后，进行离心分离，取沉淀，将沉淀洗涤后、干燥，制得Yb2SiO5粉体。
3.根据权利要求2所述的碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中：
将溶液B置于水热反应釜中，将反应釜置于恒温烘箱中进行溶剂热反应；将湿凝胶置于恒温干燥器中，于60～80℃下，干燥6～10h；将粉体A研磨之后放入坩埚中，再将坩埚置于马弗炉中进行预烧，预烧处理时间为0.5～1h。
4.根据权利要求2所述的碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中：
将粉体B和Na2MoO4·2H2O充分混合均匀后，置于马弗炉中进行烧结，烧结时间为3～5h；将沉淀依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤3～5次；干燥是在60～80℃的电热鼓风干燥箱中干燥1～3h。
5.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的Yb2Si2O7晶须由以下步骤制得：
(1)取Yb(NO)3·5H2O，溶解于无水乙醇中，配制成浓度为配制成浓度为0.5～1mol/L的溶液C；按Yb(NO)3·5H2O:Si(OC2H5)4＝1:(1～1.5)的摩尔比，将Si(OC2H5)4加入溶液C中，充分搅拌均匀，制得溶液D；将溶液D干燥后，得到粉体E，并将粉体E在200℃下预烧处理，冷却至室温，制得粉体F；
(2)将粉体F与混合复盐按照1:(1～2)的质量比混合均匀后，在800～1000℃下热处理，制得粉体D；其中，混合复盐是由氯化钠与氯化钾按1:(1～2)的质量比混合而成；将粉体D加水溶解后，离心处理，将沉淀洗涤、干燥，制得Yb2Si2O7晶须。
6.根据权利要求5所述的碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中：
充分搅拌时间为1～3h；将粉体B置于坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中预烧处理1～3h；将溶液D置于恒温反应器中，在50～70℃下，干燥8～10h。
7.根据权利要求5所述的碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中：
热处理是在马弗炉中进行，热处理时间为3～7min；离心是在8000～10000r/min下，处理8～12min；洗涤是将沉淀依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤3～5次；干燥是在40～60℃下，干燥1～3h。
8.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤3)是60～80℃下，搅拌1～3h，制得悬浮液B。
9.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤4)中，电磁感应加热器的加热电流控制在300～500A，保温功率电流控制在200～300A；脉冲电源周期控制在1000～3000ms，峰值电流控制在40～60A，正向脉冲工作时间控制在400～800ms，反向脉冲工作时间控制在100～300ms，正反脉冲宽度控制在100～300μs，组工作时间设置在8～12min，总工作时间控制在10～25min。
10.根据权利要求1所述的碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤5)是将取出的带有SiC内涂层的碳/碳复合材料试样置于电热鼓风干燥箱中，于50～80℃下，干燥1～3h。
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