CN108794068A - 一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，属无机高温热防护材料领域。所述方法通过先在多孔材料表面涂覆溶剂，在多孔材料表层形成液相导流层，然后再涂覆固液浆料，使涂覆的固液浆料在液相溶剂导流下渗透到多孔材料预期表层深度，可有效实现固液浆料中固相组分向较大深度孔隙的迁移，有效避免滤饼形成，使梯度过渡层深度可控、物相组分可控；通过多次导流渗透控制固相渗透深度的方法，可以在不同深度范围内形成不同固相填充率的填充层结构，可形成有效缓解热应力的过渡层，同时多孔材料的表层强度得到了大大强化，为多孔材料后续制备致密防护层提供了条件。

Description

一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，属无机高温热防护材料领域。
背景技术
新型航天飞行器的快速化、小型化、可重复使用化等发展要求都对热防护系统的耐高温、轻量化、非烧蚀化等提出了明确需求。热防护系统的这些要求又对热防护材料提出了非烧蚀、防隔热一体化、轻质等要求，促进了非烧蚀防隔热一体化轻质热防护材料的发展。非烧蚀防隔热一体化轻质热防护材料中表层为耐高温的致密陶瓷防护层，而内部为轻质多孔的低密度隔热材料，这两层之间在密度、成分、结构等方面均存在较大的差异，致使它们的热物理性能和力学性能存在很大差异。非烧蚀防隔热一体化轻质热防护材料在高温服役时，防护层与内部隔热层之间会存在非常大的热应力，很容易造成材料的破坏。为避免热应力造成破坏，在防护层与内部隔热层之间形成梯度过渡层来缓释热应力是一个有效的途径。防护层与内部隔热层之间梯度过渡层的结构、成分、致密度等都存在过渡时，其热物理性能和力学性能就会存在可控的过渡状态，能够较好地将热应力在过渡层范围内降低到多孔隔热材料可以承受的水平。
目前，过渡层的制备通常采用固液浸渍的方式，具体包括：先将陶瓷或可形成陶瓷物质的固相粉料与液相载体混合形成浸渍浆料，然后将多孔隔热材料浸没入浸渍浆料中，采用抽真空或加压的方式使浸渍浆料渗透到多孔隔热材料表层一定深度，然后通过固化、热解或烧结的方式形成过渡层。
固液混合浸渍浆料在向多孔材料表层内渗透时，其中的液相载体更容易向内扩散，而固相颗粒易于被孔壁阻拦，产成“滤饼”效应，即固相以滤饼形式存在于最表层范围内，而无法向内进一步扩散，致使梯度过渡层深度不可控、物相组分不可控。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，通过液相导流实现固液浆料中固相组分向较大深度孔隙的迁移，有效避免滤饼形成，使梯度过渡层深度可控、物相组分可控；
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将固相粉体、液相载体及第一溶剂进行混合，得到悬浮液状态的固液浆料，其中所述第一溶剂用于稀释所述液相载体；
(2)采用第二溶剂涂覆多孔材料第一表面，使所述多孔材料的第一表面对应的表层润湿，形成液相导流层，然后立即在所述第一表面持续涂覆所述固液浆料，直至涂覆的浆料达到预期渗透深度，得到表层含有固液浆料的多孔材料，其中所述第二溶剂为所述液相载体的溶剂；
(3)将所述表层含有固液浆料的多孔材料晾干、然后加热固化，得到具有表层固相填充的多孔材料；
(4)对所述具有表层固相填充的多孔材料进行高温热处理，得到具有表层梯度过渡层的多孔材料。
在一可选实施例中，步骤(1)所述的固相粉体、液相载体及第一溶剂的体积比为1:(0.3～2):(0.1～2)。
在一可选实施例中，步骤(4)之前，还包括：
重复步骤(1)～步骤(3)1～3次，且在重复的过程中，逐次减小所述预期渗透深度和/或所述固相粉体的粒度。
在一可选实施例中，步骤(4)所述的得到具有表层梯度过渡层的多孔材料，之前还包括：重复步骤(1)～步骤(4)。
在一可选实施例中，步骤(1)所述的固相粉体的粒度D90大于0.2μm，小于多孔材料的平均孔径。
在一可选实施例中，所述第一溶剂和第二溶剂均为挥发性溶剂。
在一可选实施例中，步骤(2)所述的导流层的深度为0.5～3mm，并且小于所述多孔材料厚度的一半。
在一可选实施例中，步骤(2)在所述第一表面持续涂覆所述固液浆料的过程中，若所述第一表面形成滤饼，则涂覆所述第二溶剂以使形成所述滤饼的固相物料随涂覆的第二溶剂进入所述多孔材料内。
在一可选实施例中，步骤(3)所述的加热固化，温度为80～200℃。
在一可选实施例中，步骤(4)所述的对所述具有表层固相填充的多孔材料进行高温热处理，包括：
对所述具有表层固相填充的多孔材料进行整体加热，加热温度为1000～1500℃，加热时间为0.5～5h；或者
对所述具有表层固相填充的多孔材料的所述第一表面进行加热，加热温度不低于1000℃不高于所述多孔材料的最高耐温极限，加热时间为0.1～3h。
本发明与现有技术相比的优点：
1、本发明实施例提供的多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，通过先在多孔材料表面涂覆溶剂，在多孔材料表层形成液相导流层，然后再涂覆固液浆料，使涂覆的固液浆料在液相溶剂导流下渗透到多孔材料预期表层深度，可有效实现固液浆料中固相组分向较大深度孔隙的迁移，有效避免滤饼形成，使梯度过渡层深度可控、物相组分可控；
2、通过多次导流渗透控制固相渗透深度的方法，可以在不同深度范围内形成不同固相填充率的填充层结构，可形成有效缓解热应力的过渡层，同时多孔材料的表层强度得到了大大强化，为多孔材料后续制备致密防护层提供了条件；
3、可以在不同深度范围内形成不同固相填充率的填充层结构，可形成有效缓解热应力的过渡层，同时多孔材料的表层强度得到了大大强化，为多孔材料后续制备致密防护层提供了条件；
4、可以避免误操作导致的滤饼，确保渗透深度可控；
5、高温热处理既可以保证固相填充物质充分热解或烧结，形成高温稳定的固相填充物，又可以使多孔材料保持良好的隔热性能，为防热、隔热一体化热防护材料的形成提供有效途径。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。
本发明实施例提供了一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将固相粉体、液相载体及第一溶剂进行混合，得到悬浮液状态的固液浆料，其中所述第一溶剂用于稀释所述液相载体；
(2)采用第二溶剂涂覆多孔材料第一表面，使所述多孔材料的表层润湿，形成液相导流层，然后立即在所述第一表面持续涂覆所述固液浆料，直至涂覆的浆料达到预期渗透深度，得到表层含有固液浆料的多孔材料，其中所述第二溶剂为所述液相载体的溶剂；
(3)对所述表层含有固液浆料的多孔材料晾干、然后加热固化，得到具有表层固相填充的多孔材料；
(4)对所述具有表层固相填充的多孔材料进行高温热处理，得到具有表层梯度过渡层的多孔材料。
具体地，本发明实施例中，所述固相粉体可以包括硅粉、碳化硅粉、硼化锆粉等陶瓷粉料或可形成陶瓷物质的固相粉料；所述液相载体可以包括酚醛树脂、硅溶胶、液相聚碳硅烷等具有固化热解后具有高固相残留率的液相物料；所述第一溶剂和第二溶剂可以相同也可以不同，优选相同，所述第一溶剂和第二溶剂可以包括乙醇、丙酮和甲苯等能够与固液浆料充分混合且可以润湿多孔材料的液相物质，优选挥发性物质，以便于在后续处理中除去，避免由于在过渡层的填充相中产生气泡导致的填充率不可控；
具体地，本发明实施例中，步骤(2)所述的立即在所述第一表面持续涂覆所述固液浆料是指，在存在肉眼可见的液相引导层的期间内持续涂覆；所述涂覆可以包括涂刷、喷涂、表层浸涂等涂覆方式；
本发明实施例提供的多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，通过先在多孔材料表面涂覆溶剂，在多孔材料表层形成液相导流层，然后再涂覆固液浆料，使涂覆的固液浆料在液相溶剂导流下渗透到多孔材料预期表层深度，可有效实现固液浆料中固相组分向较大深度孔隙的迁移，有效避免滤饼形成，使梯度过渡层深度可控、物相组分可控。
在一可选实施例中，步骤(1)所述的固相粉体、液相载体及第一溶剂的体积比为1:(0.3～2):(0.1～2)，以使得到的固液浆料在导流层作用下具有较好的渗透性和孔隙的高效填充性，使最终形成的过渡层具有良好的物相构成特征，以更好地缓释热应力。
在一可选实施例中，步骤(4)之前，还包括：
重复步骤(1)～步骤(3)1～3次，且在重复的过程中，逐次减小所述预期渗透深度和/或所述固相粉体的粒度；优选，以前一次预期渗透深度为基准，预期渗透深度每次递减20-50％；优选，以前一次固相粉体的粒度为基准，固相粉体粒度每次递减5-80％。
该方法可以在不同深度范围内形成不同固相填充率的填充层结构，可形成有效缓解热应力的过渡层，同时多孔材料的表层强度得到了大大强化，为多孔材料后续制备致密防护层提供了条件。
在一可选实施例中，步骤(4)所述的得到具有表层梯度过渡层的多孔材料，之前还包括：重复步骤(1)～步骤(4)。
该方法可以进一步保证在不同深度范围内形成不同固相填充率的填充层结构，可形成有效缓解热应力的过渡层，同时多孔材料的表层强度得到了大大强化，为多孔材料后续制备致密防护层提供了条件。
在一可选实施例中，步骤(1)所述的固相粉体的粒度D90大于0.2μm，小于多孔材料的平均孔径。
该粒径的固相粉体既能确保固液浆料中固相物料的含量，又能保证固相粉体随液相导流层顺利进入多孔材料的孔隙中。
在一可选实施例中，步骤(2)所述的导流层的深度为0.5～3mm，并且小于所述多孔材料厚度的一半。
当导流层深度为0.5～3mm时，既能形成连续的液相层，产生足够的渗透引导力，以引导固相粉体向内渗透，又能避免液相层过厚导致的引导距离受限，而无法形成预期深度的过渡层的问题。
在一可选实施例中，步骤(2)所述的在所述第一表面持续涂覆所述固液浆料的过程中，若所述第一表面形成滤饼，则涂覆所述第二溶剂以使形成所述滤饼的固相物料随涂覆的第二溶剂进入所述多孔材料内。
该方法可以避免误操作导致的滤饼，确保渗透深度可控。
在一可选实施例中，步骤(3)所述的加热固化，温度为80～200℃。
在一可选实施例中，步骤(4)所述的对所述具有表层固相填充的多孔材料进行高温热处理，包括：
对所述具有表层固相填充的多孔材料进行整体加热，加热温度为1000～1500℃，加热时间为0.5～5h；或者
对所述具有表层固相填充的多孔材料的所述第一表面进行加热，加热温度不低于1000℃不高于所述多孔材料的最高耐温极限，加热时间为0.1～3h。
在该条件下进行高温热处理，既可以保证固相填充物质充分热解或烧结，形成高温稳定的固相填充物，又可以使多孔材料保持良好的隔热性能，为防热、隔热一体化热防护材料的形成提供有效途径。
以下为本发明的几个具体实施例：
实施例1
(1)将固相粉体、酚醛树脂及乙醇按照体积比为1:1.5:1的比例进行混合，得到悬浮液状态的固液浆料，其中，所述固相粉体由粒度D90为10μm的碳化硅粉和粒度D90为10μm的硅粉按照质量比为3：1进行混合所得，所述酚醛树脂为铜山化工厂生产的残炭率为50％的氨酚醛树脂；
(2)以市售高温炉保温材料用的硬质碳瓦为基材，所述硬质碳瓦的开孔率为90％、平均孔隙为60μm、厚度为20mm，清洁基材表面使孔隙处于开孔状态，之后采用乙醇涂刷基材的上表面，直至在基体表面形成2mm液相导流层，然后立即在基体上表面持续涂刷所述固液浆料，从材料侧面判断固液浆料的渗透深度，直到渗透深度为5mm时停止涂刷。
(3)将上述涂覆了固液浆料的多孔材料在通风环境中晾置2h，然后在烘箱中于180℃下固化1小时；
(4)重复步骤(1)～步骤(3)3次，第一次重复过程中采用原固液浆料，但渗透深度减少至约3.5mm。第二次重复过程中，采用的固液浆料中碳化硅粉和硅粉均采用5μm的粒度，渗透深度降低到约2.5mm。第三次重复过程中，采用的固液浆料中碳化硅粉和硅粉采用1μm的粒度，渗透深度降低到约1.5mm。
(5)对前述获得的梯度填充多孔材料在氩气保护下，在1500℃下进行整体高温热处理1h，形成高温稳定的具有梯度过渡特征的固相过渡层。
传统方法硬质碳瓦采用固液浆料制备过渡层时表面产生滤饼而无法向较深的范围内渗透，仅能渗透到2mm范围内，而且没有结构和成分的梯度变化，在表面制备ZrB2/SiC陶瓷防护层并进行高温氧乙炔焰考核后，涂层发生热应力失配造成的脱落；本技术方法硬质碳瓦形成了表层致密、陶瓷含量高(表层固相填充度约95％、碳化硅含量约60％)，越往内密度越小、陶瓷含量越低(固相填充度逐渐降低到5mm深度的30％左右，碳化硅含量逐渐降低到15％左右)的厚度超过5mm的梯度结构的固相填充过渡层。经检测，在该梯度过渡层表面制备ZrB2/SiC陶瓷防护层并进行高温氧乙炔焰考核后，防护层没有脱落、表层没有破坏，有效解决了多孔材料形成高致密度陶瓷涂层后高温下容易热应力破坏的问题。
实施例2
(1)将固相粉体、高纯硅溶胶及乙醇按照体积比为1:1.5:0.5的比例进行混合，得到悬浮液状态的固液浆料，其中，所述固相粉体由粒度D90为5μm的碳化硅粉和粒度D90为10μm的石英粉按照质量比为3：1进行混合所得，所述高纯硅溶胶中二氧化硅质量含量为20％；
(2)以陶瓷瓦多孔材料为基材，所述陶瓷瓦多孔材料的开孔率为95％、平均孔隙为40μm、厚度为15mm，清洁基材表面使孔隙处于开孔状态，之后采用乙醇涂刷在基材的上表面，直至在基体表面形成3mm液相导流层，然后立即在基体上表面持续涂刷所述固液浆料，从材料侧面判断固液浆料的渗透深度，直到渗透深度为4mm时停止涂刷；
(3)将上述涂覆了固液浆料的多孔材料在通风环境中晾置2h，然后在烘箱中于120℃下固化1.5小时；
(4)重复步骤(1)～步骤(3)2次，第一次重复过程中渗透深度减少至约3mm。第二次重复过程中，渗透深度降低到约2mm。第三次重复过程中，渗透深度降低到约1mm；
(5)对前述获得的梯度填充多孔材料在马弗炉中进行高温热处理，处理温度为1200℃，处理时间为2h；
(6)重复进行步骤(1)～步骤(5)一次，形成高温稳定的具有梯度过渡特征的固相过渡层。
传统方法陶瓷瓦多孔材料采用固液浆料制备过渡层时表面产生滤饼而无法向较深的范围内渗透，仅能渗透到约1.5mm范围内，而且没有结构和成分的梯度变化，在表面制备致密高温陶瓷防护层并进行石英灯加热时，材料表层发生了热应力破坏；本技术方法形成了表层较致密(表层固相填充度约90％)，越往内密度越小(固相填充度逐渐降低到4mm深度的25％左右)的厚度超过4mm的梯度结构的固相填充过渡层。经检测，在该梯度过渡层表面制备高温陶瓷防护层并进行石英灯加热考核后，防护层没有脱落，材料表层也没有破坏，有效解决了多孔材料形成高致密度陶瓷涂层后高温下容易热应力破坏的问题。
实施例3
(1)将固相粉体、液相聚碳硅烷及甲苯按照体积比为1:1：0.5的比例进行混合，得到悬浮液状态的固液浆料，其中，所述固相粉体由粒度D90为5μm的硼化锆粉和粒度D90为5μm的硅粉按照质量比为2：1进行混合所得，所述液相聚硅碳烷为硅/碳比为1:1、高温裂解后固相残留率为66％(质量含量)的液相聚硅碳烷；
(2)以市售高温炉保温材料用的硬质碳瓦为基材，所述市售高温炉保温材料用的硬质碳瓦的开孔率为90％、平均孔隙为60μm、厚度为25mm，清洁基材表面使孔隙处于开孔状态，之后采用甲苯涂刷基材的上表面，直至在基体表面形成3mm液相导流层，然后立即在基体上表面持续涂刷所述固液浆料，从材料侧面判断固液浆料的渗透深度，直到渗透深度为10mm时停止涂刷。
(3)将上述涂覆了固液浆料的多孔材料在通风环境中晾置2h，然后在烘箱中于200℃下固化1小时。
(4)重复步骤(1)～步骤(3)3次，第一次重复过程中渗透深度减少至约8mm。第二次重复过程中渗透深度降低到约5mm。第三次重复过程中渗透深度降低到约3mm。
(5)对前述获得的梯度填充多孔材料在氩气保护下进行1700℃的单面高温热处理，其中涂覆浸渍固液浆料的面处于高温环境中。高温热处理时间为1h。
(6)重复进行步骤(1)～步骤(5)一次，但步骤(4)中第一次重复过程中渗透深度减少至约7mm。第二次重复过程中，渗透深度降低到约4mm。第三次重复过程中，渗透深度降低到约2mm。涂覆过程中当形成了明显的滤饼时，用甲苯溶剂涂覆消除滤饼，然后继续涂覆固液浆料至预期的厚度。形成高温稳定的具有梯度过渡特征的固相过渡层。
传统方法硬质碳瓦采用固液浆料制备过渡层时表面产生滤饼而无法向较深的范围内渗透，仅能渗透到2.5mm范围内，而且没有结构和成分的梯度变化，在制备ZrB2/SiC陶瓷防护层并进行高温氧乙炔焰考核后，表层发生热应力失配造成的破坏；本技术方法硬质碳瓦形成了表层致密(表层固相填充度约97％)，越往内密度越小(固相填充度逐渐降低到10mm深度的10％左右)的厚度超过10mm的梯度结构的固相填充过渡层。经检测，多孔材料内部多孔区的热导率升高低于1％。在该梯度过渡层表面制备ZrB2/SiC陶瓷防护层并进行高温氧乙炔焰考核后，防护层没有脱落，表层没有破坏，有效解决了多孔材料形成高致密度陶瓷涂层后高温下容易热应力破坏的问题。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将固相粉体、液相载体及第一溶剂进行混合，得到悬浮液状态的固液浆料，其中所述第一溶剂用于稀释所述液相载体；
(2)采用第二溶剂涂覆多孔材料第一表面，使所述多孔材料的第一表面对应的表层润湿，形成液相导流层，然后立即在所述第一表面持续涂覆所述固液浆料，直至涂覆的浆料达到预期渗透深度，得到表层含有固液浆料的多孔材料，其中所述第二溶剂为所述液相载体的溶剂；
(3)将所述表层含有固液浆料的多孔材料晾干、然后加热固化，得到具有表层固相填充的多孔材料；
(4)对所述具有表层固相填充的多孔材料进行高温热处理，得到具有表层梯度过渡层的多孔材料。
2.根据权利要求1所述的一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的固相粉体、液相载体及第一溶剂的体积比为1:(0.3～2):(0.1～2)。
3.根据权利要求1所述的一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，其特征在于：步骤(4)之前，还包括：
重复步骤(1)～步骤(3)1～3次，且在重复的过程中，逐次减小所述预期渗透深度和/或所述固相粉体的粒度。
4.根据权利要求1所述的一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述的得到具有表层梯度过渡层的多孔材料，之前还包括：重复步骤(1)～步骤(4)。
5.根据权利要求1所述的一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的固相粉体的粒度D90大于0.2μm，小于多孔材料的平均孔径。
6.根据权利要求1所述的一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，其特征在于：所述第一溶剂和第二溶剂均为挥发性溶剂。
7.根据权利要求1所述的一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的液相导流层的深度为0.5～3mm，并且小于所述多孔材料厚度的一半。
8.根据权利要求1所述的一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，其特征在于：
步骤(2)在所述第一表面持续涂覆所述固液浆料的过程中，若所述第一表面形成滤饼，则涂覆所述第二溶剂以使形成所述滤饼的固相物料随涂覆的第二溶剂进入所述多孔材料内。
9.根据权利要求1所述的一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的加热固化，温度为80～200℃。
10.根据权利要求1所述的一种多孔材料表层梯度过渡层的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述的对所述具有表层固相填充的多孔材料进行高温热处理，包括：
对所述具有表层固相填充的多孔材料进行整体加热，加热温度为1000～1500℃，加热时间为0.5～5h；或者
对所述具有表层固相填充的多孔材料的所述第一表面进行加热，加热温度不低于1000℃不高于所述多孔材料的最高耐温极限，加热时间为0.1～3h。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110776321A (zh) * 2019-10-17 2020-02-11 航天材料及工艺研究所 一种超高温轻质热防护材料大梯度过渡层的制备方法
CN112341226A (zh) * 2020-10-14 2021-02-09 航天材料及工艺研究所 一种表层孔隙可控的高力学性能纤维织物的成型方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06144959A (ja) * 1992-11-12 1994-05-24 Mitsubishi Materials Corp 耐熱部材及びその製造方法
US20070042121A1 (en) * 2003-07-18 2007-02-22 Snecma Propulsion Solide Thermostructural composite structure with a compositional gradient, its manufacturing process
EP1686109A3 (de) * 2005-02-01 2007-11-28 Greiner, Barbara, Dipl.-Ing. Beschichtung für Trinkwasserspeicher
CN101114719A (zh) * 2007-06-25 2008-01-30 南京工业大学 一种以多孔衬底材料为支撑的梯度结构薄膜的制备方法
CN102515851A (zh) * 2011-12-26 2012-06-27 天津大学 一种多孔陶瓷表面氮化硅基涂层的制备方法
CN103483009A (zh) * 2013-08-30 2014-01-01 西北工业大学 具备抗裂纹扩展能力的多层环境障碍涂层结构的制备方法
CN103601528A (zh) * 2013-08-30 2014-02-26 航天材料及工艺研究所 一种碳/碳复合材料局部涂层缺陷修补方法
CN103936464A (zh) * 2014-03-27 2014-07-23 西北工业大学 HfC-SiC改性炭/炭复合材料的制备方法
CN106242642A (zh) * 2016-07-28 2016-12-21 航天材料及工艺研究所 一种耐1700℃低密度碳瓦表面抗氧化涂层及其制备方法
CN107337474A (zh) * 2017-08-09 2017-11-10 航天特种材料及工艺技术研究所 一种碳基轻质热防护材料及其制备方法和应用
FR3058469A1 (fr) * 2016-11-09 2018-05-11 Safran Piece de turbomachine revetue d'une barriere thermique et procede pour l'obtenir

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06144959A (ja) * 1992-11-12 1994-05-24 Mitsubishi Materials Corp 耐熱部材及びその製造方法
US20070042121A1 (en) * 2003-07-18 2007-02-22 Snecma Propulsion Solide Thermostructural composite structure with a compositional gradient, its manufacturing process
EP1686109A3 (de) * 2005-02-01 2007-11-28 Greiner, Barbara, Dipl.-Ing. Beschichtung für Trinkwasserspeicher
CN101114719A (zh) * 2007-06-25 2008-01-30 南京工业大学 一种以多孔衬底材料为支撑的梯度结构薄膜的制备方法
CN102515851A (zh) * 2011-12-26 2012-06-27 天津大学 一种多孔陶瓷表面氮化硅基涂层的制备方法
CN103483009A (zh) * 2013-08-30 2014-01-01 西北工业大学 具备抗裂纹扩展能力的多层环境障碍涂层结构的制备方法
CN103601528A (zh) * 2013-08-30 2014-02-26 航天材料及工艺研究所 一种碳/碳复合材料局部涂层缺陷修补方法
CN103936464A (zh) * 2014-03-27 2014-07-23 西北工业大学 HfC-SiC改性炭/炭复合材料的制备方法
CN106242642A (zh) * 2016-07-28 2016-12-21 航天材料及工艺研究所 一种耐1700℃低密度碳瓦表面抗氧化涂层及其制备方法
FR3058469A1 (fr) * 2016-11-09 2018-05-11 Safran Piece de turbomachine revetue d'une barriere thermique et procede pour l'obtenir
CN107337474A (zh) * 2017-08-09 2017-11-10 航天特种材料及工艺技术研究所 一种碳基轻质热防护材料及其制备方法和应用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110776321A (zh) * 2019-10-17 2020-02-11 航天材料及工艺研究所 一种超高温轻质热防护材料大梯度过渡层的制备方法
CN112341226A (zh) * 2020-10-14 2021-02-09 航天材料及工艺研究所 一种表层孔隙可控的高力学性能纤维织物的成型方法

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