CN112679233A - 一种碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种碳‑碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，包括以下步骤：（1）对制作完成后的碳‑碳复合材料工件初坯进行初次预处理；（2）对经初次预处理的初坯进行打底预处理；（3）第一次涂布涂层浆料：将初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料后再进行烘干固化处理；（4）第二次涂布涂层浆料：将第一次涂布碳化硅涂层浆料固化的初坯表面再次均匀地涂布碳化硅涂层浆料后进行烘干固化处理；（5）陶瓷化处理：陶瓷化处理完毕，即在工件初坯表面生成致密的碳化硅涂层。本发明方法制备的碳化硅涂层与基体材料结合牢固，涂层无开裂现象，耐高温、抗氧化、抗硅蒸汽冲刷及耐腐蚀性能优良，工艺简单，成本也较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳化硅涂层的制备方法，特别涉及一种碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法。
背景技术
碳-碳复合材料分为低密度保温材料和中高密度结构材料。自2006年以来，国内碳-碳复合材料厂家开始生产碳-碳复合材料，在多晶硅铸锭炉热场、硅单晶炉热场中有了广泛的应用。碳-碳复合材料具有更长的使用寿命，更高的力学强度，更好的性价比；碳-碳复合材料热场逐渐替代了原来的石墨材料热场。随着碳-碳复合材料行业的逐渐成熟，客户对碳-碳复合材料热场的使用寿命、抗氧化、抗硅蒸汽冲刷等性能提出了更高的要求。为了延长碳-碳复合材料热场的使用寿命，生产厂家采用的主要方式是在工件表面进行涂层处理。
目前，碳-碳复合材料的涂层主要有石墨涂层和碳化硅涂层，石墨涂层主要有涂布石墨涂层、涂布石墨+CVD碳涂层；碳化硅涂层主要有涂布碳化硅涂层、涂布碳化硅+CVD碳涂层、碳化硅沉积涂层。
碳化硅是一种共价键化合物，原子间结合的键能很强，其作为一种优良的高温结构陶瓷，被认为是具有广泛应用前景的高温耐磨结构材料，是碳化物中抗氧化性能最好的；碳化硅具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较高的高温强度等特点，被应用于各种耐磨、耐蚀和耐高温的机械零部件，是一种新型的工程陶瓷材料；由于碳化硅的热膨胀系数不大，与碳材料之间具有良好的物理化学相容性以及相近的热膨胀系数，它被作为高温耐磨抗蚀的最佳涂层材料之一，并且碳化硅涂层的抗冲刷和耐侵蚀性能要优于其它碳基涂层和包覆层。
现有技术中，碳化硅沉积技术工艺复杂，国内尚无法量产，导致其生产成本居高不下。如何将基体材料的良好性能与碳化硅的优异性能结合起来，同时又能够大幅降低生产成本，成为了当今开发新型材料的一个挑战。
CN102850087A公开了一种在石墨表面制备碳化硅涂层的方法，该方法为：将装有固体硅料的石墨坩埚置于高温石墨化炉内，将石墨基体置于石墨坩埚内的石墨支架上，在温度为1500℃～1800℃，真空度为100Pa～1000Pa的条件下保温1h～5h，利用硅蒸气和石墨基体表面的碳直接反应生成一层碳化硅涂层；将表面生成碳化硅涂层的石墨基体置于化学气相沉积炉内，在温度为1000℃～1500℃的条件下向炉内通入氢气和稀释气体，并利用鼓泡式气化方式将三氯甲基硅烷气化后通入炉内，保温10h～60h，在石墨基体表面的碳化硅涂层表面裂解生成一层CVD(化学气相沉积)碳化硅涂层。CVR(化学气相反应)碳化硅涂层这种原位形成的碳化硅涂层牢固地结合在石墨基体上，有效避免了直接采用CVD工艺在石墨基体表面制备碳化硅涂层时的热失配，提高了结合强度；CVD碳化硅涂层，既有效填充了CVR碳化硅涂层的孔隙，又提高了结合强度。制备的碳化硅涂层与石墨基体结合牢固，无开裂现象，使用寿命明显提高。但是这种碳化硅涂层制备的工艺复杂，制备周期长，成本很高。
CN101163756B公开了一种绝热材料用涂层，是在碳化成型体的至少一个表面上层叠的绝热材料用涂层，其中，所述碳化成型体的体积密度为0.08～0.8g/cm3，并且，所述绝热材料用涂层的气体透过率为8.0NL/小时·cm2·mmH2O以下，所述绝热材料用涂层是将由(A)碳化率可达到40％以上的碳化材料、(B)鳞状石墨粉末、(C)粘合剂、和(D)可使所述粘合剂溶解、且使所述碳化材料分散或溶解的水系液剂形成的绝热材料用涂布剂涂布到所述碳化成型体的至少一个表面上之后，使其碳化而形成的，所述碳化率可达到40％以上的碳化材料是选自酚醛树脂、呋喃树脂、土状石墨粉末、人造石墨粉末、玻璃碳粉末、碳粉和炭黑中的碳化材料，优选呋喃树脂作为碳化材料，优选甲基纤维素作为粘合剂，利用该粘合剂填充鳞状石墨粉末的粒子间的间隙并进行固着，从而解决鳞状石墨粒子由于其本身扁平形状而导致的刷涂过程加压而显示出极端的取向，从而成型时发生层间龟裂，难以成型等问题，同时改善其表观质量和非常低的气透性。但是仍然存在由于其涂布剂本身与基体材料的亲和力不是太好，以及利用粘合剂固着与较高残炭值碳化材料所导致在高温负压条件下工作室的表面溢尘问题。此外，产品价格昂贵，为其它同类产品的2-3倍。
CN110498684A公开了一种碳化硅涂层的制备方法，(1)初坯材质的选择与制作：根据产品具体的使用工况，选择合适的基体材料样件；按照设计的产品结构及尺寸，对所述基体材料样件进行机械加工至设计尺寸精度，从而得到待涂层的初坯样品；(2)初坯样品的初次预处理：将步骤(1)制作好的所述初坯样品表面进行打磨抛光、超声波清洗后烘干待用；(3)初坯样品进行打底预处理：将经步骤(2)初次预处理后的初坯样品表面均匀地涂布打底料，再置于烘箱中进行烘干处理；(4)涂布涂层浆料：将经步骤(3)处理后的所述初坯样品表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料，烘干处理；(5)烧结处理：将经步骤(4)处理后的所述初坯样品置于气氛烧结炉中，进行烧结处理；烧结处理完毕，即在所述初坯样品表面生成致密的碳化硅涂层。该碳化硅涂层与基体材料结合牢固，涂层无开裂现象，抗氧化及耐腐蚀性能得到很大程度的提升，使用寿命得到了明显的提升。但是这种涂层使用硅溶胶作为溶剂，高温烧结处理之后，浆料之中存在的碳化硅粉、碳黑等不能烧结成为一个整体，涂层在微观结构上属于不连续状态，一旦表层的物理状态的完整结构出现缺陷，整个涂层就会很快失效；另外使用甲基纤维素作为分散剂，甲基纤维素碳化之后，是一种多孔状疏松泡沫碳，涂层本身存在缺陷，而且极易因氧化而失效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，用该方法制得的碳化硅涂层，与基体材料结合牢固，并且涂层无开裂现象，耐高温、抗氧化、抗硅蒸汽冲刷及耐腐蚀性能优良，工艺简单，成本也较低。
本发明解决其技术问题所采用的第一个技术方案是：一种碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)对工件初坯进行初次预处理：将制作好的碳-碳复合材料工件初坯表面清理干净，确保无粉尘、渣滓或其他颗粒物；
(2)对工件初坯进行打底预处理：将经步骤(1)初次预处理后的工件初坯表面均匀地涂布打底料A，置于烘箱中进行烘干固化处理；所述打底料A由石墨乳、粘结剂碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体碳化硅粉和悬浮乳化剂混配而成；
(3)第一次涂布涂层浆料：将经步骤(2)处理后的所述工件初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料，然后置于烘箱中进行烘干固化处理；所述碳化硅涂层浆料由粘结剂碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体碳化硅粉、悬浮乳化剂和烧结助剂混配而成；
(4)第二次涂布涂层浆料：将经步骤(3)处理后的所述工件初坯表面再次均匀地涂布碳化硅涂层浆料，再置于烘箱中进行烘干固化处理；
(5)陶瓷化处理：将经步骤(4)处理后的所述工件初坯置于陶瓷化炉中，进行陶瓷化处理；陶瓷化处理完毕，即在所述工件初坯表面形成致密的碳化硅涂层。
进一步，步骤(2)中，所述打底料A各组分的重量配比为，石墨乳50-100份、粘结剂碳化硅前驱体树脂及其固化剂50-100份、增强体碳化硅粉1-10份、悬浮乳化剂1-10份；所述石墨乳优选水基石墨乳；所述水基石墨乳中固定碳纯度≥99％，金属元素杂质含量低于200ppm；所述碳化硅前驱体树脂优选为聚碳硅烷(更优选分子量在2000以下的小分子聚碳硅烷)、聚甲基硅烷、甲基硅树脂中的至少一种，所述固化剂优选为乙烯基三乙氧基硅烷(优选A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比优选＝1‰-5‰；所述增强体碳化硅粉优选为2000目碳化硅粉、1500目碳化硅粉、800目碳化硅粉、200nm碳化硅粉、150nm碳化硅粉、100nm碳化硅粉中的至少一种；所述悬浮乳化剂优选为200nm白炭黑、100nm白炭黑、200nm硅粉、100nm硅粉中的至少一种；所述打底料A用量优选为1.0-1.4kg/m2。
进一步，步骤(2)中，将所述打底料A各原料组分机械搅拌下共混1-3小时，混合均匀；所述打底料A理化参数为：外观淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)：≤10Pa.s，密度(25℃)0.8-1.2g/cm3。
进一步，步骤(2)中，所述烘干固化处理的工艺参数：2小时内从室温升高到220-280℃，保温1-4小时，再自然降至室温。
进一步，步骤(3)和步骤(4)中，所述碳化硅涂层浆料之各组分的重量配比为：碳化硅前驱体树脂及其固化剂50-100份、增强体碳化硅粉50-100份、悬浮乳化剂1-10份、烧结助剂1-10份。
进一步，所述碳化硅前驱体树脂为聚碳硅烷(优选分子量在2000以下的小分子聚碳硅烷)、聚甲基硅烷、甲基硅树脂中的至少一种，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(优选A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比＝1‰-5‰；所述增强体碳化硅粉优选为2000目碳化硅粉、1500目碳化硅粉、800目碳化硅粉、200nm碳化硅粉、150nm碳化硅粉、100nm碳化硅粉中的至少一种；所述悬浮乳化剂优选为200nm白炭黑、100nm白炭黑、200nm硅粉、100nm硅粉中的至少一种；所述烧结助剂优选为2000目硅粉、1000目硅粉、800目硅粉、2000目石墨粉中的至少一种。
进一步，将所述碳化硅涂层浆料的各组分机械搅拌下共混1-3小时，分散混合均匀，即得碳化硅涂层浆料；混配而成的碳化硅涂层浆料的理化参数为：外观：淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)≤25Pa.s，密度(25℃)1.2-1.6g/cm3。
进一步，步骤(3)中，所述碳化硅涂层浆料的用量为1.0-1.4kg/m2；步骤(4)中，所述碳化硅涂层浆料的用量为0.5-1.0kg/m2。
进一步，步骤(3)或步骤(4)中，所述烘干固化处理的工艺参数为：2小时内从室温升高到220-280℃，保温1-4小时，然后自然降温至室温。
进一步，步骤(5)中，所述陶瓷化处理的工艺参数为：在惰性气氛条件下，以40-60℃/h的升温速率升温至700-2200℃(优选温度900-1600℃)后，保温2-3小时，再降温至200℃以下出炉。
进一步，所述惰性气氛优选氮气或氩气气氛。
本发明解决其技术问题所采用的第二个技术方案是：一种碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)对工件初坯进行初次预处理：方法同所述第一个技术方案的步骤(1)；
(2)对工件初坯进行打底预处理：将经步骤(1)初次预处理后的工件初坯表面均匀地涂布打底料B，将工件初坯表面的孔隙等缺陷填充好；再将所述初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；所述打底料B由粘结剂碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体碳化硅粉、悬浮乳化剂和烧结助剂混配而成；
(3)第一次涂布涂层浆料：同第一个技术方案的步骤(3)；
(4)第二次涂布涂层浆料：同第一个技术方案的步骤(4)；
(5)陶瓷化处理：同第一个技术方案的步骤(5)；
(6)CVD封孔处理：将经步骤(5)处理的所述工件初坯置于化学气相沉积炉中，进行化学气相沉积碳封孔处理，即成。
进一步，步骤(2)中，所述打底料B各组分重量配比为：粘结剂碳化硅前驱体树脂及其固化剂50-100份、增强体碳化硅粉100-200份、悬浮乳化剂1-10份、烧结助剂1-10份。
进一步，所述碳化硅前驱体树脂为聚碳硅烷(优选分子量在2000以下的小分子聚碳硅烷)、聚甲基硅烷、甲基硅树脂中的至少一种；所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(优选A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比范围＝1‰-5‰；所述增强体为2000目碳化硅粉、1500目碳化硅粉、800目碳化硅粉、200nm碳化硅粉、150nm碳化硅粉、100nm碳化硅粉中的至少一种；所述悬浮乳化剂为200nm白炭黑、100nm白炭黑、200nm硅粉、100nm硅粉中的至少一种；所述烧结助剂为2000目硅粉、1000目硅粉、800目硅粉、2000目石墨粉中的至少一种。
进一步，步骤(2)中，将所述打底料B的各组分混合，机械搅拌共混1-3小时，分散混合均匀，即得所述打底料B；所述打底料B的理化参数为：外观为淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)≤25Pa.s，密度(25℃)1.2-1.8g/cm3。
进一步，步骤(2)中，所述烘干固化处理的工艺参数：2小时内从室温升高到220-280℃，保温1-4小时，然后自然降温至室温。
进一步，步骤(6)中，所述化学气相沉积处理的工艺参数为：以丙烯或丙烷为碳源气体，以氮气为稀释气体，碳源气体与稀释气体氮气的流量比为1:(1-8)；沉积时控制炉内气压为2-5KPa，沉积温度为970-1100℃，沉积时间为5-20h。
所述碳-碳复合材料分为低密度碳-碳复合保温材料和中高密度碳-碳复合结构材料；所述低密度碳-碳复合保温材料的密度为0.18-0.40g/cm3，所述中高密度碳-碳复合结构材料的密度为0.80-1.60g/cm3。本发明第一个技术方案特别适合于在低密度碳-碳复合保温材料工件初坯表面制作碳化硅涂层；所述第二个技术方案特别适合在中高密度碳-碳复合结构材料工件初坯表面制作碳化硅涂层。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用碳化硅前驱体树脂及其固化剂作为胶黏剂以及碳化硅粉作为增强体，一方面碳化硅前驱体树脂的耐高温比碳源树脂更好；另外碳化硅前驱体树脂陶瓷化之后生成的无定型态的碳化硅能在碳化硅粉增强体为晶核的基础上结晶长大，加强涂层底料与涂层，涂层内部增强体之间的强度，提高了涂层与基体的结合强度，也提高了涂层本身的强度和耐高温性能。
(2)本发明采用碳化硅作为涂层的主体材料，碳化硅具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较高的高温强度等特点，能够提高涂层的耐高温性能、抗氧化性能、抗硅蒸汽冲刷以及耐侵蚀性能。
(3)本发明优选方案采用含硅纳米材料作为悬浮乳化剂，与碳化硅前驱体树脂具有很好的亲和力，悬浮乳化效果好，能够保持涂层打底料及涂层浆料长时间不沉降，同时又能作为涂层的另一增强体。
(4)当本发明的涂层用于高密度碳-碳复合材料(如碳-碳高密度衬套、导流筒、导气筒、坩埚等)的产品上时，本发明涂层料的使用能够显著降低碳-碳复合材料产品的制备周期。原因在于：例如原本需要增密至1.5g/cm3的碳-碳复合材料，只需要增密至1.2g/cm3，然后按照本发明的工艺路线，制备一层本发明碳化硅涂层，就能满足使用要求，并且使用寿命不会低于密度为1.5g/cm3的原产品，这样能够大大缩短碳-碳复合材料中高密度产品的制备周期，从而降低生产成本。另外，本发明涂层料也能对损坏的碳-碳复合材料产品进行修复处理，延长其使用寿命，进而能够降低生产成本。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
本实施例碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)工件初坯的初次预处理：将制作好的低密度碳-碳复合材料工件保温筒初坯表面清理干净，确保无粉尘、渣滓或其他颗粒物；所述低密度碳-碳复合材料的密度为0.25g/cm3，坯体尺寸Φ896×Φ1056×230mm；
(2)对工件初坯进行打底预处理：将经步骤(1)初次预处理后的工件保温筒初坯表面均匀地涂布打底料A，用量控制在1.2kg/m2；再将所述工件保温筒初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；
所述打底料A由石墨乳、碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体以及悬浮乳化剂混配而成；其重量配比为，石墨乳100份、碳化硅前驱体树脂及其固化剂50份、增强体1份、悬浮乳化剂10份；所述石墨乳为水基石墨乳，所述水基石墨乳中固定碳纯度≥99％，金属元素杂质含量低于200ppm；所述碳化硅前驱体树脂为聚碳硅烷(分子量为1900的小分子聚碳硅烷)，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比＝3‰；所述增强体为2000目碳化硅粉；所述悬浮乳化剂为200nm白炭黑和100nm硅粉混合物(重量比为1:1)；
将所述打底料A的各组分混合，机械搅拌共混2小时，即得所述打底料A；所述打底料A的理化参数为：外观淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)10Pa.s，密度(25℃)0.9g/cm3；
所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到250℃，保温2小时后，自然降温至室温；
(3)第一次涂布涂层浆料：将经步骤(2)处理后的所述工件初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料，用量控制在1.0kg/m2；再将所述工件初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；
所述碳化硅涂层浆料各组分重量配比为，碳化硅前驱体树脂及其固化剂100份、增强体碳化硅粉50份、悬浮乳化剂10份、烧结助剂1份；所述碳化硅前驱体树脂为聚碳硅烷(分子量为1900的小分子聚碳硅烷)，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比＝3‰；所述增强体为1500目碳化硅粉和150nm碳化硅粉的混合物(重量比为2:1)；所述悬浮乳化剂为100nm白炭黑和200nm硅粉的混合物(重量比为1:1)；所述烧结助剂为2000目硅粉；
将所述碳化硅涂层浆料的各组分机械搅拌共混1小时，混合均匀，即得所述碳化硅涂层浆料；所述碳化硅涂层浆料的理化参数为：外观为淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)：25Pa.s，密度(25℃)1.4g/cm3；
所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到250℃，保温3小时后，自然降温至室温；
(4)第二次涂布涂层浆料：将经步骤(3)处理后的所述工件初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料(即步骤(3)中配制的碳化硅涂层浆料)，用量控制在0.5kg/m2；再将所述工件初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到250℃，保温1小时后，自然降温至室温；
(5)陶瓷化处理：将经步骤(4)处理后的所述工件初坯置于陶瓷化炉中，进行陶瓷化处理；陶瓷化处理完毕，即在所述工件初坯表面形成致密的碳化硅涂层；所述陶瓷化处理的工艺：在氩气气氛条件下，以60℃/h的升温速率升温至1600℃后，保温2小时，再降温至200℃以下出炉，即成。
对比试验数据：2个硅单晶炉碳-碳复合材料保温筒(1#保温筒，2#保温筒)，材料密度均为0.25g/cm3，尺寸Φ896×Φ1056×230mm；1#保温筒采用普通的石墨涂层，2#保温筒为采用本实施例方法制备的碳化硅涂层。1#保温筒的使用寿命为12-13个月，2#保温筒的使用寿命为24-25个月。2#保温筒的使用寿命较1#保温筒的延长了1倍左右。
本实施例制备的碳化硅涂层与基体材料结合牢固，并且涂层无开裂现象，耐高温、抗氧化、抗硅蒸汽冲刷及耐腐蚀性能提升80％，使用寿命延长约1倍。
实施例2
本实施例碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)工件初坯的初次预处理：将制作好的低密度碳-碳复合保温材料工件保温板初坯表面清理干净，确保无粉尘、渣滓或其他颗粒物；所述碳-碳复合保温材料的密度为0.40g/cm3，工件保温板初坯坯体尺寸为Φ860×60mm；
(2)对工件初坯进行打底预处理：将经步骤(1)初次预处理的工件保温板初坯表面均匀地涂布打底料A，用量控制在1.4kg/m2；再将所述初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；
所述打底料A由石墨乳、碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体碳化硅粉以及悬浮乳化剂混配而成；各组分重量配比为：石墨乳50份、碳化硅前驱体树脂及其固化剂100份、增强体碳化硅粉10份、悬浮乳化剂1份；所述石墨乳为水基石墨乳，所述水基石墨乳中固定碳纯度≥99％，金属元素杂质含量低于200ppm；所述碳化硅前驱体树脂为聚甲基硅烷和甲基硅树脂的混合物(重量比为1:1)，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比＝5‰；所述增强体为1500目碳化硅粉、800目碳化硅粉、100nm碳化硅粉的混合物(重量比为6:3:1)；所述悬浮乳化剂为100nm白炭黑、200nm硅粉的混合物(重量比为1:2)；
将所述打底料A的各组分机械搅拌下共混3小时，搅拌分散均匀，即得所述打底料A；所述打底料A理化参数为：外观淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)≤10Pa.s，密度(25℃)1.2g/cm3；
所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到220℃，保温4小时后，自然降温至室温；
(3)第一次涂布涂层浆料：将经步骤(2)处理后的所述工件保温板初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料，用量控制在1.4kg/m2；再将所述工件保温板初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；
所述碳化硅涂层浆料由碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体、悬浮乳化剂以及烧结助剂混配而成；其重量配比为：碳化硅前驱体树脂及其固化剂50份、增强体100份、悬浮乳化剂1份、烧结助剂10份；所述碳化硅前驱体树脂为聚甲基硅烷，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比＝1‰；所述增强体碳化硅粉为2000目碳化硅粉和200nm碳化硅粉的混合物(重量比为3:1)；所述悬浮乳化剂为200nm白炭黑和100nm硅粉中的混合物(重量比为1:2)；所述烧结助剂为1000目硅粉和2000目石墨粉的混合物(重量比为1:1)；
将所述碳化硅涂层浆料的各组分机械搅拌共混2小时，搅拌分散均匀，即得所述碳化硅涂层浆料；所述碳化硅涂层浆料理化参数为：外观淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)≤25Pa.s，密度(25℃)1.6g/cm3；
所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到280℃，保温1小时后，自然降温至室温；
(4)第二次涂布涂层浆料：将经步骤(3)处理的所述工件保温板初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料(即步骤(3)中配置的碳化硅涂层浆料)，用量控制为1.0kg/m2；再将所述工件保温板初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到280℃，保温1小时后，自然降温至室温；
(5)陶瓷化处理：将经步骤(4)处理后的所述工件保温板初坯置于陶瓷化炉中，进行陶瓷化处理；陶瓷化处理完毕，在所述工件保温板初坯表面即形成致密的碳化硅涂层；所述陶瓷化处理的工艺：在氮气气氛下，以40℃/h的升温速率升温至700℃后，保温3小时，再降温至200℃以下出炉。
对比试验数据：2个硅单晶炉碳-碳复合材料保温板(1#保温板，2#保温板)，密度均为0.40g/cm3，尺寸Φ860×60mm；1#保温板采用普通的石墨涂层，2#保温板采用本实施例方法制备的碳化硅涂层。1#保温板的使用寿命为10个月，2#保温板的使用寿命为18个月。2#保温板的使用寿命较1#保温板的延长了约80％。
本实施例制备的碳化硅涂层与基体材料结合牢固，并且涂层无开裂现象，耐高温、抗氧化、抗硅蒸汽冲刷及耐腐蚀性能提升60％，使用寿命延长了80％。
实施例3
本实施例碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)工件初坯的初次预处理：将制作好的低密度碳-碳复合材料工件保温板初坯表面清理干净，确保无粉尘、渣滓或其他颗粒物；所述低密度碳-碳复合材料的密度为0.18g/cm3，坯体尺寸Φ790×50mm；
(2)对工件初坯进行打底预处理：将经步骤(1)初次预处理的工件保温板初坯表面均匀地涂布打底料A，用量控制在1.0kg/m2；再将所述初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；
所述打底料A由石墨乳、碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体碳化硅粉以及悬浮乳化剂混配而成；各组分重量配比为：石墨乳75份、碳化硅前驱体树脂及其固化剂90份、增强体碳化硅粉5份、悬浮乳化剂6份；所述石墨乳为水基石墨乳，所述水基石墨乳中固定碳纯度≥99％，金属元素杂质含量低于200ppm；所述碳化硅前驱体树脂为聚碳硅烷(分子量为1600的小分子聚碳硅烷)、聚甲基硅烷和甲基硅树脂的混合物(重量比为1:1:1)，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比＝1‰；所述增强体为200nm碳化硅粉和150nm碳化硅粉的混合物(重量比为1:2)；所述悬浮乳化剂为200nm硅粉；
将所述打底料A的各组分机械搅拌下共混1小时，搅拌分散均匀，即得所述打底料A；所述打底料A理化参数为：外观淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)≤10Pa.s，密度(25℃)0.8g/cm3；
所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到280℃，保温1小时后，自然降温至室温；
(3)第一次涂布涂层浆料：将经步骤(2)处理后的所述工件保温板初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料，用量控制在1.2kg/m2；再将所述工件保温板初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；
所述碳化硅涂层浆料由碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体、悬浮乳化剂以及烧结助剂混配而成；其重量配比为：碳化硅前驱体树脂及其固化剂60份、增强体80份、悬浮乳化剂5份、烧结助剂5份；所述碳化硅前驱体树脂为甲基硅树脂，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比＝5‰；所述增强体为800目碳化硅粉和100nm碳化硅粉的混合物(重量比为2:1)；所述悬浮乳化剂为200nm硅粉；所述烧结助剂为2000目硅粉和800目硅粉的混合物(重量比为1:3)；
将所述碳化硅涂层浆料的各组分机械搅拌共混3小时，搅拌分散均匀，即得所述碳化硅涂层浆料；所述碳化硅涂层浆料理化参数为：外观淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)≤25Pa.s，密度(25℃)1.2g/cm3；
所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到220℃，保温4小时后，自然降温至室温；
(4)第二次涂布涂层浆料：将经步骤(3)处理的所述工件保温板初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料(即步骤(3)中配置的碳化硅涂层浆料)，用量控制为0.8kg/m2；再将所述工件保温板初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到220℃，保温4小时后，自然降温至室温；
(5)陶瓷化处理：将经步骤(4)处理后的所述工件保温板初坯置于陶瓷化炉中，进行陶瓷化处理；陶瓷化处理完毕，在所述工件保温板初坯表面即形成致密的碳化硅涂层；所述陶瓷化处理的工艺：在氮气气氛下，以50℃/h的升温速率升温至2200℃后，保温2小时，再降温至200℃以下出炉。
对比试验数据：2个硅单晶炉碳-碳复合材料保温板(3#保温板，4#保温板)，密度为0.18g/cm3，尺寸Φ790×50mm；3#保温板采用普通的石墨涂层，4#保温板采用本实施例方法制备的碳化硅涂层。3#保温板的使用寿命为10个月，4#保温板的使用寿命为16个月。2#保温板的使用寿命较1#保温板的延长了60％左右。
本实施例制备的碳化硅涂层与基体材料结合牢固，并且涂层无开裂现象，耐高温、抗氧化、抗硅蒸汽冲刷及耐腐蚀性能提升60％，使用寿命延长了60％。
实施例4
本实施例碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)工件初坯的初次预处理：将制作好的低密度碳-碳复合材料工件保温筒初坯表面清理干净，确保无粉尘、渣滓或其他颗粒物；所述低密度碳-碳复合材料的密度为0.30g/cm3，坯体尺寸Φ1110×Φ950×450mm；
(2)对工件初坯进行打底预处理：将经步骤(1)初次预处理后的工件保温筒初坯表面均匀地涂布打底料A，用量控制在1.2kg/m2；再将所述工件保温筒初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；
所述打底料A由石墨乳、碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体以及悬浮乳化剂混配而成；其重量配比为，石墨乳88份、碳化硅前驱体树脂及其固化剂66份、增强体2份、悬浮乳化剂8份；所述石墨乳为水基石墨乳，所述水基石墨乳中固定碳纯度≥99％，金属元素杂质含量低于200ppm；所述碳化硅前驱体树脂为聚碳硅烷(分子量为1900的小分子聚碳硅烷)，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比＝3‰；所述增强体为2000目碳化硅粉；所述悬浮乳化剂为200nm白炭黑和100nm硅粉混合物(重量比为1:1)；
将所述打底料A的各组分混合，机械搅拌共混2小时，搅拌分散均匀，即得所述打底料A；所述打底料A的理化参数为：外观淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)：≤10Pa.s，密度(25℃)0.9g/cm3；
所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到240℃，保温3小时后，自然降温至室温；
(3)第一次涂布涂层浆料：将经步骤(2)处理后的所述工件初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料，用量控制在1.0kg/m2；再将所述工件初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；
所述碳化硅涂层浆料各组分重量配比为，碳化硅前驱体树脂及其固化剂90份、增强体碳化硅粉70份、悬浮乳化剂4份、烧结助剂6份；所述碳化硅前驱体树脂为聚碳硅烷(分子量为1900的小分子聚碳硅烷)，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比＝3‰；所述增强体为1500目碳化硅粉和150nm碳化硅粉的混合物(重量比为2:1)；所述悬浮乳化剂为100nm白炭黑和200nm硅粉的混合物(重量比为1:1)；所述烧结助剂为2000目硅粉；
将所述碳化硅涂层浆料的各组分机械搅拌共混1小时，混合均匀，即得所述碳化硅涂层浆料；所述碳化硅涂层浆料的理化参数为：外观为淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)：≤25Pa.s，密度(25℃)1.4g/cm3；
所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到240℃，保温3小时后，自然降温至室温；
(4)第二次涂布涂层浆料：将经步骤(3)处理后的所述工件初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料(即步骤(3)中配制的碳化硅涂层浆料)，用量控制在0.5kg/m2；再将所述工件初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到240℃，保温3小时后，自然降温至室温；
(5)陶瓷化处理：将经步骤(4)处理后的所述工件初坯置于陶瓷化炉中，进行陶瓷化处理；陶瓷化处理完毕，即在所述工件初坯表面形成致密的碳化硅涂层；所述陶瓷化处理的工艺：在氩气气氛条件下，以60℃/h的升温速率升温至900℃后，保温2小时，再降温至200℃以下出炉，即成。
对比试验数据：2个硅单晶炉碳-碳复合材料保温筒(3#保温筒，4#保温筒)，密度为0.30g/cm3，尺寸Φ1110×Φ950×450mm；3#保温筒采用普通的石墨涂层，4#保温筒采用本实施例方法制备的碳化硅涂层。3#保温筒的使用寿命为12个月，4#保温筒的使用寿命为25个月。4#保温筒的使用寿命较3#保温筒的延长了1倍左右。
本实施例制备的碳化硅涂层与基体材料结合牢固，并且涂层无开裂现象，耐高温、抗氧化、抗硅蒸汽冲刷及耐腐蚀性能提升80％，使用寿命延长1倍左右。
实施例5
本实施例碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)工件初坯的初次预处理：将制作好的中高密度碳-碳复合材料工件衬套初坯表面清理干净，确保无粉尘、渣滓或其他颗粒物；所述中高密度碳-碳复合材料的密度为0.80g/cm3，坯体尺寸Φ890×Φ867×201mm；
(2)对工件初坯进行打底预处理：将经步骤(1)初次预处理后的工件衬套初坯表面均匀地涂布打底料B，将工件衬套初坯表面的孔隙等缺陷填充好；控制打底料B的厚度不超过0.05mm；再将所述衬套初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；
所述打底料B由粘结剂碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体碳化硅粉、悬浮乳化剂和烧结助剂混配而成；其重量配比为，碳化硅前驱体树脂及其固化剂50份、增强体200份、悬浮乳化剂10份、烧结助剂1份；所述碳化硅前驱体树脂为聚碳硅烷(分子量为2000的小分子聚碳硅烷)和聚甲基硅烷的混合物(重量比为4:1)，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比范围＝1‰；所述增强体为2000目碳化硅粉和100nm碳化硅粉的混合物(重量比为9:1)；所述悬浮乳化剂为200nm白炭黑和100nm硅粉的混合物(重量比为4:1)；所述烧结助剂为2000目硅粉和2000目石墨粉的混合物(重量比为1:1)；
将所述打底料B的各组分混合，机械搅拌共混2小时，搅拌分散均匀，即得所述打底料B；所述打底料B的理化参数为：外观淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)：≤25Pa.s，密度(25℃)1.8g/cm3；
所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到250℃，保温2小时后，自然降温至室温；
(3)第一次涂布涂层浆料：将经步骤(2)处理后的所述工件初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料，用量控制在1.4kg/m2；再将所述工件初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；
所述碳化硅涂层浆料各组分重量配比为，碳化硅前驱体树脂及其固化剂100份、增强体碳化硅粉50份、悬浮乳化剂10份、烧结助剂1份；所述碳化硅前驱体树脂为聚碳硅烷(分子量为1900的小分子聚碳硅烷)，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比＝3‰；所述增强体为1500目碳化硅粉和150nm碳化硅粉的混合物(重量比为2:1)；所述悬浮乳化剂为100nm白炭黑和200nm硅粉的混合物(重量比为1:1)；所述烧结助剂为2000目硅粉；
将所述碳化硅涂层浆料的各组分机械搅拌共混1小时，混合均匀，即得所述碳化硅涂层浆料；所述碳化硅涂层浆料的理化参数为：外观为淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)：≤25Pa.s，密度(25℃)1.4g/cm3；
所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到250℃，保温3小时后，自然降温至室温；
(4)第二次涂布涂层浆料：将经步骤(3)处理后的所述工件初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料(即步骤(3)中配制的碳化硅涂层浆料)，用量控制在0.5kg/m2；再将所述工件初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到250℃，保温2小时后，自然降温至室温；
(5)陶瓷化处理：将经步骤(4)处理后的所述工件初坯置于陶瓷化炉中，进行陶瓷化处理；陶瓷化处理完毕，即在所述工件初坯表面形成致密的碳化硅涂层；所述陶瓷化处理的工艺：在氩气气氛条件下，以60℃/h的升温速率升温至1600℃后，保温2小时，再降温至200℃以下出炉；
(6)CVD封孔处理：将经步骤(5)处理的所述工件初坯置于化学气相沉积炉中，进行化学气相沉积碳封孔处理，即成；所述化学气相沉积的工艺：以丙烯为碳源气体，以氮气为稀释气体，碳源气体与稀释气体氮气的流量比为1:1(均为25L/h)；沉积时控制炉内气压为5KPa，沉积温度为1100℃，沉积时间为5h。
对比试验数据：2个硅单晶炉碳-碳复合材料衬套(1#衬套，2#衬套)，密度为0.80g/cm3，尺寸Φ890×Φ867×201mm；1#衬套采用CVD碳涂层，2#衬套采用本实施例方法制备的碳化硅涂层。1#衬套的使用寿命为18个月，2#衬套的使用寿命为30个月。2#衬套的使用寿命较1#衬套的延长了70％左右。
本实施例制备的碳化硅涂层与基体材料结合牢固，并且涂层无开裂现象，耐高温、抗氧化、抗硅蒸汽冲刷及耐腐蚀性能提升70％，使用寿命延长了70％。
实施例6
本实施例碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)工件初坯的初次预处理：将制作好的中高密度碳-碳复合材料工件坩埚初坯表面清理干净，确保无粉尘、渣滓或其他颗粒物；所述中高密度碳-碳复合材料的密度为1.60g/cm3，坯体尺寸Φ690×Φ660×420mm；
(2)对工件初坯进行打底预处理：将经步骤(1)初次预处理后的工件坩埚初坯表面均匀地涂布打底料B，将工件坩埚初坯表面的孔隙等缺陷填充好；控制打底料B的厚度不超过0.05mm；再将所述坩埚初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；
所述打底料B由粘结剂碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体碳化硅粉、悬浮乳化剂和烧结助剂混配而成；其重量配比为，碳化硅前驱体树脂及其固化剂100份、增强体100份、悬浮乳化剂1份、烧结助剂10份；所述碳化硅前驱体树脂为甲基硅树脂，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比范围＝5‰；所述增强体为1500目碳化硅粉和150nm碳化硅粉的混合物(重量比为1:1)；所述悬浮乳化剂为100nm白炭黑和200nm硅粉的混合物(重量比为1:1)；所述烧结助剂为1000目硅粉和800目硅粉的混合物(重量比为4:1)；
将所述打底料B的各组分混合，机械搅拌共混1小时，搅拌、分散均匀，即得所述打底料B；所述打底料B的理化参数为：外观淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)：≤25Pa.s，密度(25℃)1.2g/cm3；
所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到280℃，保温1小时后，自然降温至室温；
(3)第一次涂布涂层浆料：将经步骤(2)处理后的所述工件初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料，用量控制在1.0kg/m2；再将所述工件初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；
所述碳化硅涂层浆料各组分重量配比为，碳化硅前驱体树脂及其固化剂50份、增强体碳化硅粉100份、悬浮乳化剂1份、烧结助剂10份；所述碳化硅前驱体树脂为聚甲基硅烷，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比＝1‰；所述增强体为2000目碳化硅粉和200nm碳化硅粉的混合物(重量比为3:1)；所述悬浮乳化剂为200nm白炭黑和100nm硅粉中的混合物(重量比为1:2)；所述烧结助剂为1000目硅粉和2000目石墨粉的混合物(重量比为1:1)；
将所述碳化硅涂层浆料的各组分机械搅拌共混2小时，混合均匀，即得所述碳化硅涂层浆料；所述碳化硅涂层浆料的理化参数为：外观为淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)：≤25Pa.s，密度(25℃)1.6g/cm3；
所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到280℃，保温1小时后，自然降温至室温；
(4)第二次涂布涂层浆料：将经步骤(3)处理后的所述工件初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料(即步骤(3)中配制的碳化硅涂层浆料)，用量控制在0.8kg/m2；再将所述工件初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到280℃，保温1小时后，自然降温至室温；
(5)陶瓷化处理：将经步骤(4)处理后的所述工件初坯置于陶瓷化炉中，进行陶瓷化处理；陶瓷化处理完毕，即在所述工件初坯表面形成致密的碳化硅涂层；所述陶瓷化处理的工艺：在氮气气氛条件下，以40℃/h的升温速率升温至700℃后，保温3小时，再降温至200℃以下出炉；
(6)CVD封孔处理：将经步骤(5)处理的所述工件初坯置于化学气相沉积炉中，进行化学气相沉积碳封孔处理，即成；所述化学气相沉积的工艺：以丙烷为碳源气体，以氮气为稀释气体，碳源气体与稀释气体氮气的流量比为1:8(10L/h：80L/h)；沉积时控制炉内气压为3KPa，沉积温度为970℃，沉积时间为20h。
对比试验数据：2个硅单晶炉碳-碳复合材料坩埚(1#坩埚，2#坩埚)，密度为1.60g/cm3，尺寸Φ690×Φ660×420mm；1#坩埚采用CVD碳涂层，2#坩埚采用本实施例方法制备的碳化硅涂层。1#坩埚的使用寿命为6个月，2#坩埚的使用寿命为10个月。2#坩埚的使用寿命较1#坩埚的延长了70％左右。
本实施例制备的碳化硅涂层与基体材料结合牢固，并且涂层无开裂现象，耐高温、抗氧化、抗硅蒸汽冲刷及耐腐蚀性能提升70％，使用寿命延长了70％。
实施例7
本实施例碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)工件初坯的初次预处理：将制作好的中高密度碳-碳复合材料工件外导流筒初坯表面清理干净，确保无粉尘、渣滓或其他颗粒物；所述中高密度碳-碳复合材料的密度为1.35g/cm3，坯体尺寸Φ622×Φ290×400×厚10mm；
(2)对工件初坯进行打底预处理：将经步骤(1)初次预处理后的工件外导流筒初坯表面均匀地涂布打底料B，将工件外导流筒初坯表面的孔隙等缺陷填充好；控制打底料B的厚度不超过0.05mm；再将所述外导流筒初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；
所述打底料B由粘结剂碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体碳化硅粉、悬浮乳化剂和烧结助剂混配而成；其重量配比为，碳化硅前驱体树脂及其固化剂80份、增强体150份、悬浮乳化剂5份、烧结助剂6份；所述碳化硅前驱体树脂为聚甲基硅烷，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比范围＝3‰；所述增强体为800目碳化硅粉和200nm碳化硅粉的混合物(重量比为3:1)；所述悬浮乳化剂为200nm白炭黑和200nm硅粉的混合物(重量比为4:1)；所述烧结助剂为2000目硅粉；
将所述打底料B的各组分混合，机械搅拌共混3小时，搅拌分散均匀，即得所述打底料B；所述打底料B的理化参数为：外观淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)：≤25Pa.s，密度(25℃)1.5g/cm3；
所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到220℃，保温4小时后，自然降温至室温；
(3)第一次涂布涂层浆料：将经步骤(2)处理后的所述工件初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料，用量控制在1.2kg/m2；再将所述工件初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；
所述碳化硅涂层浆料各组分重量配比为，碳化硅前驱体树脂及其固化剂60份、增强体碳化硅粉80份、悬浮乳化剂3份、烧结助剂7份；所述碳化硅前驱体树脂为甲基硅树脂，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A151)；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比＝5‰；所述增强体为800目碳化硅粉和100nm碳化硅粉的混合物(重量比为2:1)；所述悬浮乳化剂为200nm硅粉；所述烧结助剂为2000目硅粉和800目硅粉的混合物(重量比为1:3)；
将所述碳化硅涂层浆料的各组分机械搅拌共混3小时，混合均匀，即得所述碳化硅涂层浆料；所述碳化硅涂层浆料的理化参数为：外观为淡灰色粘稠液体，粘度(20℃)：≤25Pa.s，密度(25℃)1.2g/cm3；
所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到220℃，保温4小时后，自然降温至室温；
(4)第二次涂布涂层浆料：将经步骤(3)处理后的所述工件初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料(即步骤(3)中配制的碳化硅涂层浆料)，用量控制在1.0kg/m2；再将所述工件初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到220℃，保温4小时后，自然降温至室温；
(5)陶瓷化处理：将经步骤(4)处理后的所述工件初坯置于陶瓷化炉中，进行陶瓷化处理；陶瓷化处理完毕，即在所述工件初坯表面形成致密的碳化硅涂层；所述陶瓷化处理的工艺：在氮气气氛条件下，以50℃/h的升温速率升温至2200℃后，保温2小时，再降温至200℃以下出炉；
(6)CVD封孔处理：将经步骤(5)处理的所述工件初坯置于化学气相沉积炉中，进行化学气相沉积碳封孔处理，即成；所述化学气相沉积的工艺：以丙烷为碳源气体，以氮气为稀释气体，碳源气体与稀释气体氮气的流量比为1:4(20L/h：80L/h)；沉积时控制炉内气压为2KPa，沉积温度为1050℃，沉积时间为12h。
对比试验数据：2个硅单晶炉碳-碳复合材料外导流筒(1#外导流筒，2#外导流筒)，密度为1.35g/cm3，尺寸Φ622×Φ290×400×厚10mm；1#外导流筒采用CVD碳涂层，2#外导流筒采用本实施例方法制备的碳化硅涂层。1#外导流筒的使用寿命为14个月，2#外导流筒的使用寿命为24个月。2#外导流筒的使用寿命较1#外导流筒的延长了70％左右。
本实施例制备的碳化硅涂层与基体材料结合牢固，并且涂层无开裂现象，耐高温、抗氧化、抗硅蒸汽冲刷及耐腐蚀性能提升70％，使用寿命延长了70％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本申请的权利要求请求保护的范围作任何限制。凡是根据本发明技术实质对本发明所作的任何修改、变更以及等同变换，均仍属本申请权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对工件初坯进行初次预处理：将制作好的碳-碳复合材料工件初坯表面清理干净，确保无粉尘、渣滓或其他颗粒物；
(2)对工件初坯进行打底预处理：将经步骤(1)初次预处理后的工件初坯表面均匀地涂布打底料A，置于烘箱中进行烘干固化处理；所述打底料A由石墨乳、粘结剂碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体碳化硅粉和悬浮乳化剂混配而成；
(3)第一次涂布涂层浆料：将经步骤(2)处理后的所述工件初坯表面均匀地涂布碳化硅涂层浆料，然后置于烘箱中进行烘干固化处理；所述碳化硅涂层浆料由粘结剂碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体碳化硅粉、悬浮乳化剂和烧结助剂混配而成；
(4)第二次涂布涂层浆料：将经步骤(3)处理后的所述工件初坯表面再次均匀地涂布碳化硅涂层浆料，再置于烘箱中进行烘干固化处理；
(5)陶瓷化处理：将经步骤(4)处理后的所述工件初坯置于陶瓷化炉中，进行陶瓷化处理，即在所述工件初坯表面形成致密的碳化硅涂层。
2.根据权利要求1所述的碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述打底料A各组分的重量配比为，石墨乳50-100份、粘结剂碳化硅前驱体树脂及其固化剂50-100份、增强体碳化硅粉1-10份、悬浮乳化剂1-10份；所述石墨乳优选水基石墨乳；所述水基石墨乳中固定碳纯度≥99％，金属元素杂质含量低于200ppm；所述碳化硅前驱体树脂优选聚碳硅烷、聚甲基硅烷、甲基硅树脂中的至少一种，所述聚碳硅烷优选分子量在2000以下的小分子聚碳硅烷；所述固化剂优选乙烯基三乙氧基硅烷；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比＝1‰-5‰；所述增强体碳化硅粉优选2000目碳化硅粉、1500目碳化硅粉、800目碳化硅粉、200nm碳化硅粉、150nm碳化硅粉、100nm碳化硅粉中的至少一种；所述悬浮乳化剂优选为200nm白炭黑、100nm白炭黑、200nm硅粉、100nm硅粉中的至少一种；所述打底料A用量优选为1.0-1.4kg/m2。
3.根据权利要求1或2所述的碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将所述打底料A各原料组分机械搅拌下共混1-3小时，混合均匀；所述打底料A理化参数为：外观淡灰色粘稠液体，20℃测得得粘度≤10Pa.s，25℃测得的密度为0.8-1.2g/cm3；所述烘干固化处理的工艺参数为：2小时内从室温升高到220-280℃，保温1-4小时，再自然降至室温。
4.根据权利要求1-3之一所述的碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(4)中，所述碳化硅涂层浆料之各组分的重量配比为：碳化硅前驱体树脂及其固化剂50-100份、增强体碳化硅粉50-100份、悬浮乳化剂1-10份、烧结助剂1-10份；所述碳化硅前驱体树脂优选聚碳硅烷、聚甲基硅烷、甲基硅树脂中的至少一种，所述聚碳硅烷优选分子量2000以下的小分子聚碳硅烷；所述固化剂优选为乙烯基三乙氧基硅烷；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比优选为1‰-5‰；所述增强体碳化硅粉优选为2000目碳化硅粉、1500目碳化硅粉、800目碳化硅粉、200nm碳化硅粉、150nm碳化硅粉、100nm碳化硅粉中的至少一种；所述悬浮乳化剂优选为200nm白炭黑、100nm白炭黑、200nm硅粉、100nm硅粉中的至少一种；所述烧结助剂优选为2000目硅粉、1000目硅粉、800目硅粉、2000目石墨粉中的至少一种；将所述碳化硅涂层浆料的各组分机械搅拌下共混1-3小时，分散混合均匀，即得碳化硅涂层浆料。
5.根据权利要求1-4之一所述的碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碳化硅涂层浆料的用量为1.0-1.4kg/m2；步骤(4)中，所述碳化硅涂层浆料的用量为0.5-1.0kg/m2；步骤(3)或步骤(4)中，所述烘干固化处理的工艺参数为：2小时内从室温升高到220-280℃，保温1-4小时，然后自然降温至室温。
6.根据权利要求1-5之一所述的碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述陶瓷化处理的工艺参数为：在惰性气氛条件下，以40-60℃/h的升温速率升温至700-2200℃，优选温度900-1600℃，保温2-3小时，再降温至200℃以下出炉；所述惰性气氛优选氮气或氩气气氛。
7.一种碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)对工件初坯进行初次预处理：处理方法同权利要求1的步骤(1)；
(2)对工件初坯进行打底预处理：将经步骤(1)初次预处理后的工件初坯表面均匀地涂布打底料B，将工件初坯表面的孔隙等缺陷填充好；再将所述初坯置于烘箱中进行烘干固化处理；所述打底料B由粘结剂碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体碳化硅粉、悬浮乳化剂和烧结助剂混配而成；
(3)第一次涂布涂层浆料：同权利要求1的步骤(3)；
(4)第二次涂布涂层浆料：同权利要求1的步骤(4)；
(5)陶瓷化处理：同权利要求1的步骤(5)；
(6)CVD封孔处理：将经步骤(5)处理的所述工件初坯置于化学气相沉积炉中，进行化学气相沉积碳封孔处理，即成。
8.根据权利要求7所述的碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述打底料B各组分重量配比为：粘结剂碳化硅前驱体树脂及其固化剂50-100份、增强体碳化硅粉100-200份、悬浮乳化剂1-10份、烧结助剂1-10份；所述碳化硅前驱体树脂优选为聚碳硅烷、聚甲基硅烷、甲基硅树脂中的至少一种，所述聚碳硅烷优选分子量在2000以下的小分子聚碳硅烷；所述固化剂优选为乙烯基三乙氧基硅烷；所述固化剂与所述碳化硅前驱体树脂的重量比优选为1‰-5‰；所述增强体碳化硅粉优选为2000目碳化硅粉、1500目碳化硅粉、800目碳化硅粉、200nm碳化硅粉、150nm碳化硅粉、100nm碳化硅粉中的至少一种；所述悬浮乳化剂优选为200nm白炭黑、100nm白炭黑、200nm硅粉、100nm硅粉中的至少一种；所述烧结助剂优选为2000目硅粉、1000目硅粉、800目硅粉、2000目石墨粉中的至少一种。
9.根据权利要求7或8所述的碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将所述打底料B的各组分混合，机械搅拌共混1-3小时，分散混合均匀，即得所述打底料B；所述烘干固化处理的工艺：2小时内从室温升高到220-280℃，保温1-4小时，然后自然降温至室温。
10.根据权利要求7或8或9所述的碳-碳复合材料用碳化硅涂层的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述化学气相沉积处理的工艺参数为：以丙烯或丙烷为碳源气体，以氮气为稀释气体，碳源气体与稀释气体氮气的流量比为1:(1-8)；沉积时控制炉内气压为2-5KPa，沉积温度为970-1100℃，沉积时间为5-20h。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114315424A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-04-12 | 江西宁新新材料股份有限公司 | 一种耐高温涂层的制备方法及其在石墨制品中的应用 |
| CN114621031A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-06-14 | 烟台凯泊复合材料科技有限公司 | 一种单晶炉热场c/c结构件表层强化的方法 |
| CN114890820A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-08-12 | 陕西美兰德炭素有限责任公司 | 用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物及其制备方法和热场部件 |
| CN115449242A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-12-09 | 晶科能源股份有限公司 | 防溢硅涂料、涂层及单晶炉 |
| CN115677380A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-02-03 | 湖南博望碳陶有限公司 | 一种热场保温件复合陶瓷涂层的制备方法 |
| CN116120098A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-05-16 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 金刚石/碳化硅-碳化硅涂层、复合材料及其制备方法 |
| CN116283360A (zh) * | 2023-05-10 | 2023-06-23 | 湖南博望碳陶有限公司 | 一种SiC复合浆料及其制备方法和应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5626923A (en) * | 1995-09-19 | 1997-05-06 | Mcdonnell Douglas Corporation | Method of applying ceramic coating compositions to ceramic or metallic substrate |
| CN103058712A (zh) * | 2013-01-10 | 2013-04-24 | 湖南南方搏云新材料有限责任公司 | 低密度炭/炭复合材料C/SiC复合涂层及其制备工艺 |
| CN103993474A (zh) * | 2014-04-23 | 2014-08-20 | 大连理工高邮研究院有限公司 | 一种硬质碳纤维毡表面碳化硅涂层的制备方法 |
| CN106365692A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-01 | 湖南南方搏云新材料股份有限公司 | 低密度碳/碳保温材料抗氧化涂层及其制备工艺 |
| CN110498684A (zh) * | 2019-09-11 | 2019-11-26 | 湖南博诚新材料科技有限公司 | 一种碳化硅涂层的制备方法 |
| CN110550962A (zh) * | 2019-09-11 | 2019-12-10 | 湖南博诚新材料科技有限公司 | 一种固化碳毡修复用涂料及其应用 |
| CN111018568A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-04-17 | 中国航空制造技术研究院 | 一种陶瓷基复合材料表面打底层的制备方法 |
-
2020
- 2020-12-25 CN CN202011573720.9A patent/CN112679233B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5626923A (en) * | 1995-09-19 | 1997-05-06 | Mcdonnell Douglas Corporation | Method of applying ceramic coating compositions to ceramic or metallic substrate |
| CN103058712A (zh) * | 2013-01-10 | 2013-04-24 | 湖南南方搏云新材料有限责任公司 | 低密度炭/炭复合材料C/SiC复合涂层及其制备工艺 |
| CN103993474A (zh) * | 2014-04-23 | 2014-08-20 | 大连理工高邮研究院有限公司 | 一种硬质碳纤维毡表面碳化硅涂层的制备方法 |
| CN106365692A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-01 | 湖南南方搏云新材料股份有限公司 | 低密度碳/碳保温材料抗氧化涂层及其制备工艺 |
| CN110498684A (zh) * | 2019-09-11 | 2019-11-26 | 湖南博诚新材料科技有限公司 | 一种碳化硅涂层的制备方法 |
| CN110550962A (zh) * | 2019-09-11 | 2019-12-10 | 湖南博诚新材料科技有限公司 | 一种固化碳毡修复用涂料及其应用 |
| CN111018568A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-04-17 | 中国航空制造技术研究院 | 一种陶瓷基复合材料表面打底层的制备方法 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114315424A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-04-12 | 江西宁新新材料股份有限公司 | 一种耐高温涂层的制备方法及其在石墨制品中的应用 |
| CN114315424B (zh) * | 2022-01-14 | 2022-10-21 | 江西宁新新材料股份有限公司 | 一种耐高温涂层的制备方法及其在石墨制品中的应用 |
| CN114621031A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-06-14 | 烟台凯泊复合材料科技有限公司 | 一种单晶炉热场c/c结构件表层强化的方法 |
| CN114890820A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-08-12 | 陕西美兰德炭素有限责任公司 | 用于提高碳/碳复合材料表面致密度的涂层组合物及其制备方法和热场部件 |
| CN115449242A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-12-09 | 晶科能源股份有限公司 | 防溢硅涂料、涂层及单晶炉 |
| CN115677380A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-02-03 | 湖南博望碳陶有限公司 | 一种热场保温件复合陶瓷涂层的制备方法 |
| CN116120098A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-05-16 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 金刚石/碳化硅-碳化硅涂层、复合材料及其制备方法 |
| CN116120098B (zh) * | 2022-12-29 | 2023-11-14 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 金刚石/碳化硅-碳化硅涂层、复合材料及其制备方法 |
| CN116283360A (zh) * | 2023-05-10 | 2023-06-23 | 湖南博望碳陶有限公司 | 一种SiC复合浆料及其制备方法和应用 |
| CN116283360B (zh) * | 2023-05-10 | 2023-07-21 | 湖南博望碳陶有限公司 | 一种SiC复合浆料及其制备方法和应用 |
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