CN108069729A - 一种SiC/SiC陶瓷基复合材料的修复方法 - Google Patents

一种SiC/SiC陶瓷基复合材料的修复方法 Download PDF

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Abstract

一种SiC/SiC陶瓷基复合材料的修复方法，打磨试样表面，清洗干燥，用HF腐蚀试样，清洗烘干，超声清洗，烘干浸泡于以铁、钴或镍配制的催化剂溶液中，真空干燥，用石墨纸包住试样，只露出断口。把试样放入真空炉中，通入三氯甲基硅烷、H2和Ar，保温5～20h，关闭三氯甲基硅烷和H2，保温10～100min，关闭Ar，通入NH3、BCl3、H2和N2，保温5～20h，关闭NH3和BCl3，通入三氯甲基硅烷和H2，保温50～300h，取出试样，去掉石墨纸，打磨修复表面，把处理后的样品放到真空炉中，通入三氯甲基硅烷、H2和Ar，保温5～30h，用等离子喷涂法喷涂硅酸钇和莫来石组成的复合涂层。本发明可以修复SiC/SiC复合材料易产生的主要损伤，修复完成后，材料组成不发生改变，并提高材料在高温环境下的抗氧化性能。

Description

一种SiC/SiC陶瓷基复合材料的修复方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷基复合材料的修复方法，特别涉及一种SiC/SiC陶瓷基复合材料的修复方法。
背景技术
SiC/SiC陶瓷是航空航天和原子能等领域最理想的新一代高温结构材料。其应用于航空航天发动机的结构部件，能在超高温度下使用且密度小、强度高，能显著提高发动机的推重比用于原子能反应堆的堆壁材料则稳定性好、易维护、安全可靠性高。因此，许多国家开展了材料应用于高温热结构部件的研究，并且取得了丰硕的成果。
SiC/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，SiC/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SiC/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。
申请号为201410629485.0的中国专利公开了一种陶瓷基复合材料热损伤裂纹的修方法。该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。
申请号为201710307256.0的中国专利公开了一种碳纤维增强碳化硅复合材料缺陷的修复方法。该方法可以修复Cf/SiC复合材料在服役过程中易产生的主要损伤，包括高温气流或粒子烧蚀、机械损伤等，可以实现Cf/SiC复合材料缺陷的修复，原料易得，工艺控制简便，有望大大降低复合材料的使用成本；修复完成后，材料组成仍然Cf/SiC复合材料，组成不发生改变。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，旨在提供一种SiC/SiC陶瓷基复合材料的修复方法，其特征在于，包括以下顺序步骤：
(1)打磨试样表面，清洗干燥；
(2)清洗SiC/SiC陶瓷基复合材料试样的断口，用质量分数为10～15％的HF腐蚀10～60min，再清洗烘干；
(3)将腐蚀后的试样放在去离子水中超声清洗，清洗时间为20～40min，烘干；
(4)以铁、钴或镍的金属有机化合物为催化剂，配制催化剂溶液，催化剂质量分数为0.4～1.0％，将烘干后的SiC/SiC陶瓷基复合材料放进催化剂溶液中浸泡20～30h，真空干燥；
(5)将(4)干燥好的试样用石墨纸包住，只露出断口，放入真空炉中，通入三氯甲基硅烷、H2和Ar，三氯甲基硅烷、H2和Ar比例为1∶1～3∶2～4，温度为800～1100℃，压力为10～700Pa，时间为5～20h，随后关闭三氯甲基硅烷和H2，升温到900～1600℃，保温10～100min；
(6)关闭Ar，通入NH3、BCl3、H2和N2，BCl3、NH3、H2和N2比例为1∶2～5∶1～3∶5～7，温度为550～750℃，沉积时间为5～20h；
(7)关闭NH3和BCl3，通入三氯甲基硅烷和H2，H2和三氯甲基硅烷比例为1∶5～15，温度为950～1250℃，系统压强为10～1000Pa，时间为50～300h；
(8)取出试样，去掉石墨纸，用金刚石磨具打磨修复表面，使修复表面与样品表面平行，并且粗糙度一致；
(9)把(8)处理后的样品放到真空炉中，通入三氯甲基硅烷、H2和Ar，H2和三氯甲基硅烷比例为1∶5～15，温度为950～1250℃，压强为10～1000Pa，时间为5～30h；
(10)采用等离子喷涂法在试样表面喷涂硅酸钇和莫来石复合涂层，使用莫来石粉末化学纯度为99.5％，粉末粒度为100～200目，硅酸钇粉末化学纯度为99.448％，粉末粒度为100～200目。
本发明的技术效果：
本发明提出了一种SiC/SiC陶瓷基复合材料的修复方法，可以修复SiC/SiC复合材料在服役过程中易产生的主要损伤，包括高温气流或粒子烧蚀、机械损伤等，可以实现SiC/SiC复合材料缺陷的修复；修复完成后，材料组成仍然SiC/SiC复合材料，组成不发生改变；在表面制备涂层，提高材料在高温环境下的抗氧化性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
(1)打磨试样表面，清洗干燥；
(2)清洗SiC/SiC陶瓷基复合材料试样的断口，用质量分数为11％的HF腐蚀30min，再清洗烘干；
(3)将腐蚀后的试样放在去离子水中超声清洗，清洗时间为20min，烘干；
(4)配制Ni(NO3)2催化剂溶液，催化剂质量分数为0.5％，将烘干后的SiC/SiC陶瓷基复合材料放进催化剂溶液中浸泡25h，真空干燥；
(5)将(4)干燥好的试样用石墨纸包住，只露出断口，放入真空炉中，通入三氯甲基硅烷、H2和Ar，三氯甲基硅烷、H2和Ar比例为1∶1∶2，温度为800℃，压力为500Pa，时间为20h，随后关闭三氯甲基硅烷和H2，升温到1300℃，保温60min；
(6)关闭Ar，通入NH3、BCl3、H2和N2，BCl3、NH3、H2和N2比例为1∶2∶1∶5，温度为550℃，沉积时间为20h；
(7)关闭NH3和BCl3，通入三氯甲基硅烷和H2，H2和三氯甲基硅烷比例为1∶8，温度为950℃，系统压强为500Pa，时间为300h；
(8)取出试样，去掉石墨纸，用金刚石磨具打磨修复表面，使修复表面与样品表面平行，并且粗糙度一致；
(9)把(8)处理后的样品放到真空炉中，通入三氯甲基硅烷、H2和Ar，H2和三氯甲基硅烷比例为1∶10，温度为1000℃，压强为500Pa，时间为30h；
(10)采用等离子喷涂法在试样表面喷涂硅酸钇和莫来石复合涂层，使用莫来石粉末化学纯度为99.5％，粉末粒度为100目，硅酸钇粉末化学纯度为99.448％，粉末粒度为100目。
实施例2
(1)打磨试样表面，清洗干燥；
(2)清洗SiC/SiC陶瓷基复合材料试样的断口，用质量分数为11％的HF腐蚀40min，再清洗烘干；
(3)将腐蚀后的试样放在去离子水中超声清洗，清洗时间为40min，烘干；
(4)配制Ni(NO3)2催化剂溶液，催化剂质量分数为1.0％，将烘干后SiC/SiC陶瓷基复合材料放进催化剂溶液中浸泡20h，真空干燥；
(5)将(4)干燥好的试样用石墨纸包住，只露出断口，放入真空炉中，通入三氯甲基硅烷、H2和Ar，三氯甲基硅烷、H2和Ar比例为1∶3∶4，温度为1100℃，压力为600Pa，时间为10h，随后关闭三氯甲基硅烷和H2，升温到1600℃，保温30min；
(6)关闭Ar，通入NH3、BCl3、H2和N2，BCl3、NH3、H2和N2比例为1∶5∶3∶7，温度为750℃，沉积时间为10h；
(7)关闭NH3和BCl3，通入三氯甲基硅烷和H2，H2和三氯甲基硅烷比例为1∶15，温度为1250℃，系统压强为800Pa，时间为100h；
(8)取出试样，去掉石墨纸，用金刚石磨具打磨修复表面，使修复表面与样品表面平行，并且粗糙度一致；
(9)把(8)处理后的样品放到真空炉中，通入三氯甲基硅烷、H2和Ar，H2和三氯甲基硅烷比例为1∶12，温度为1100℃，压强为1000Pa，时间为15h；
(10)采用等离子喷涂法在试样表面喷涂硅酸钇和莫来石复合涂层，使用莫来石粉末化学纯度为99.5％，粉末粒度为200目，硅酸钇粉末化学纯度为99.448％，粉末粒度为200目。

Claims (1)

1.一种SiC/SiC陶瓷基复合材料的修复方法，其特征在于，包括以下顺序步骤：
(1)打磨试样表面，清洗干燥；
(2)清洗SiC/SiC陶瓷基复合材料试样的断口，用质量分数为10～15％的HF腐蚀10～60min，再清洗烘干；
(3)将腐蚀后的试样放在去离子水中超声清洗，清洗时间为20～40min，烘干；
(4)以铁、钴或镍的金属有机化合物为催化剂，配制催化剂溶液，催化剂质量分数为0.4～1.0％，将烘干后的SiC/SiC陶瓷基复合材料放进催化剂溶液中浸泡20～30h，真空干燥；
(5)将(4)干燥好的试样用石墨纸包住，只露出断口，放入真空炉中，通入三氯甲基硅烷、H2和Ar，三氯甲基硅烷、H2和Ar比例为1∶1～3∶2～4，温度为800～1100℃，压力为10～700Pa，时间为5～20h，随后关闭三氯甲基硅烷和H2，升温到900～1600℃，保温10～100min；
(6)关闭Ar，通入NH3、BCl3、H2和N2，BCl3、NH3、H2和N2比例为1∶2～5∶1～3∶5～7，温度为550～750℃，沉积时间为5～20h；
(7)关闭NH3和BCl3，通入三氯甲基硅烷和H2，H2和三氯甲基硅烷比例为1∶5～15，温度为950～1250℃，系统压强为10～1000Pa，时间为50～300h；
(8)取出试样，去掉石墨纸，用金刚石磨具打磨修复表面，使修复表面与样品表面平行，并且粗糙度一致；
(9)把(8)处理后的样品放到真空炉中，通入三氯甲基硅烷、H2和Ar，H2和三氯甲基硅烷比例为1∶5～15，温度为950～1250℃，压强为10～1000Pa，时间为5～30h；
(10)采用等离子喷涂法在试样表面喷涂硅酸钇和莫来石复合涂层，使用莫来石粉末化学纯度为99.5％，粉末粒度为100～200目，硅酸钇粉末化学纯度为99.448％，粉末粒度为100～200目。
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