CN114105643B - 耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层 - Google Patents

耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层 Download PDF

Info

Publication number
CN114105643B
CN114105643B CN202111189942.5A CN202111189942A CN114105643B CN 114105643 B CN114105643 B CN 114105643B CN 202111189942 A CN202111189942 A CN 202111189942A CN 114105643 B CN114105643 B CN 114105643B
Authority
CN
China
Prior art keywords
parts
ceramic coating
silicon dioxide
silicon carbide
insulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111189942.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114105643A (zh
Inventor
曾伟荣
曾伟城
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Geek Bright Technology Co ltd
Original Assignee
Guangdong Geek Bright Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Geek Bright Technology Co ltd filed Critical Guangdong Geek Bright Technology Co ltd
Priority to CN202111189942.5A priority Critical patent/CN114105643B/zh
Publication of CN114105643A publication Critical patent/CN114105643A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114105643B publication Critical patent/CN114105643B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/5607—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62222—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining ceramic coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802—Powder coating materials
    • C04B35/62805—Oxide ceramics
    • C04B35/62807—Silica or silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62886—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents by wet chemical techniques
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3826—Silicon carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3839—Refractory metal carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3839—Refractory metal carbides
    • C04B2235/3843—Titanium carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/386—Boron nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9669—Resistance against chemicals, e.g. against molten glass or molten salts
    • C04B2235/9684—Oxidation resistance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction

Abstract

本发明提供了一种耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，原料按重量份包括：碳化钽30‑40份、碳化铪20‑30份、碳化钛15‑22份、二氧化硅包覆碳化硅复合微球10‑18份、二氧化锆5‑12份以及氮化硼1‑5份。二氧化硅包覆碳化硅复合微球包括多孔结构层或者空腔结构层。将各原料组分分散于乙醇中，涂覆至金属或纤维基材表面，180‑220℃烘烤1h，即得到耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层。本发明通过在原料组分中添加适量的二氧化硅包覆碳化硅复合微球，并对其结构进行改进，显著提高了陶瓷涂层的耐高温和隔热性能，适合工业化生产，具有无毒、无污染的特性。

Description

耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层
技术领域
本发明涉及陶瓷涂层技术领域，尤其涉及一种耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层。
背景技术
随着航空航天技术的发展及尖端武器研发水平的提高，作为关键部件的热结构材料服役条件越来越苛刻。例如高超声速武器系统面临着严酷的气动加热现象和燃气热环境，温度可超过2000℃，热流高于10MW/m2，对热防护材料性能及制备技术提出了新的、更高的要求。超高速飞行器的机身耐高温和抗氧化是关键，尤其5马赫以上飞行器穿越大气层，温度高达2000度以上，比如顶峰速度7500km/h大约6MPa，前端承受120KPa气动压力，大约2000K高温，整个密封和控制系统、燃料存储都需要考虑耐温、耐压的高度稳定性，载人仓更需要考虑意外的需要来满足高温、高速度。高摩擦的要求，提升内部芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、硅橡胶等耐温阻燃和寿命，保障精密仪器和供养、恒温、恒压的持久稳定。
因此，为满足新一代热防护材料的服役要求，必须进一步提高热防护材料的高温性能、耐烧蚀抗氧化性能、力学性能、热物理性能等。材料表面涂覆涂层是提高材料性能的有效方法，表面涂层的制备工艺多样，涂层组成、结构和性能易于调控，成为最简便、最实用的材料设计和开发手段。
目前已经开发出多种超高温陶瓷涂层体系，例如ZrB2-SiC、ZrC-SiC、ZrB2-MoSi2、ZrC-Al2O3等。目前这些材料体系的烧蚀性能、涂层致密度、结合强度还有待提高。
专利CN201210069687.5公开了一种环保型耐超高温无机涂料及制备方法与应用，将液态硅酸盐、三聚磷酸铝粉、钇稳定的氧化锆粉、金属钨粉、碳化钛粉和锌粉和蒸馏水按比例放入搅拌机中搅拌，过滤后即得到涂料。采用喷涂、刷涂或浸涂的方式在经过喷砂处理的金属零部件表面制备涂层，涂层在高温炉中固化后，即获得耐超高温涂层。
专利CN201810675497.5公开了一种耐高温陶瓷涂层的制备方法，将碳化钨、纳米二氧化硅、二氧化锆、氧化锌、氮化铝、氮化硼、钛、钴混合粉球磨得到混合粉末，然后分散在乙醇中，涂覆在不锈钢基体表面，得到断裂韧性及抗热冲击性能良好的耐高温陶瓷涂层。
上述专利文献虽然都制备了具有一定耐热性能的无机涂层，但是耐超高温、隔热和保温性能有待进一步提高。
有鉴于此，有必要设计一种改进的耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，以解决上述问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，通过在原料组分中添加适量的二氧化硅包覆碳化硅复合微球，并对其结构进行改进，显著提高了陶瓷涂层的耐高温和隔热性能，适合工业化生产。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，所述耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层的原料按重量份包括：碳化钽30-40份、碳化铪20-30份、碳化钛15-22份、二氧化硅包覆碳化硅复合微球10-18份、二氧化锆5-12份以及氮化硼1-5份。
作为本发明的进一步改进，所述耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层的原料按重量份包括：碳化钽35-40份、碳化铪20-25份、碳化钛15-18份、二氧化硅包覆碳化硅复合微球12-15份、二氧化锆5-10份以及氮化硼1-3份。
作为本发明的进一步改进，所述二氧化硅包覆碳化硅复合微球的二氧化硅与碳化硅之间包括多孔结构层或者空腔结构层。
作为本发明的进一步改进，所述碳化硅为多孔碳化硅。
作为本发明的进一步改进，所述多孔结构层或者空腔结构层通过溶剂相分离或者热致相分离制备得到。
作为本发明的进一步改进，所述碳化硅的粒径为20-200nm；所述多孔结构层的孔径为20-80nm；所述空腔结构层的厚度为50-150nm。
作为本发明的进一步改进，所述二氧化硅包覆碳化硅复合微球的二氧化硅层为介孔二氧化硅。
作为本发明的进一步改进，所述二氧化硅包覆碳化硅复合微球的制备方法包括：
S1.在碳化硅纳米粒子表面制备一层乙酸丁酸纤维素；
S2.将步骤S1得到的产物分散于水溶液中，升温至40-60℃，然后加入正硅酸乙酯和乙酸乙酯，将pH值调至10.5-11.5反应5-10h，然后离心分离；
S3.将步骤S2得到的产物分散于硝酸铵的乙醇溶液中，80℃回流6h，除去乙酸乙酯，得到介孔二氧化硅层；
S4.将步骤S3得到的产物分散于丙酮溶剂中，加热回流6h，除去乙酸丁酸纤维素，得到中空结构层，最终得到二氧化硅包覆碳化硅复合微球。
作为本发明的进一步改进，所述介孔二氧化硅的厚度为50-200nm。
作为本发明的进一步改进，所述耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层的制备方法为：按重量份称取碳化钽30-50份、碳化钛20-35份、二氧化硅包覆碳化硅复合微球10-25份、二氧化锆5-15份以及氮化硼1-5份，混合球磨，得到混合粉末；将所述混合粉末与无水乙醇以质量比1-2:1混合均匀，然后涂覆至金属或者纤维基材表面，180-220℃烘烤1h，即得到所述耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层。
本发明的有益效果是：
1.本发明提供的耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，通过在陶瓷涂层原料组分中添加适量的二氧化硅包覆碳化硅复合微球，并对其结构进行改进，显著提高了陶瓷涂层的耐高温和隔热性能；包覆于碳化硅表面的少量二氧化硅还可以充当陶瓷组分的助熔剂，提高涂覆性能，制得的涂层具有耐超高温、隔热、抗氧化、耐磨、保温、抗压、超硬、优异的热冲击循环寿命等特点。
2.本发明优选在二氧化硅包覆碳化硅复合微球内部构造多孔结构层或者空腔结构层，提高复合微球的比表面积和内部空腔容量，进而提高其隔热性能，陶瓷涂层的耐高温和断裂韧性也相应提高，突破了传统陶瓷涂层原料种类的局限性，为高性能耐超高温陶瓷涂层提供一种有效途径。
3.本发明可直接将陶瓷涂料的乙醇分散液涂覆至基材表面，然后烘烤制得，易于控制，适合工业化生产，具有无毒、无污染的特性，有利于环境保护。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明提供的一种耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层的原料按重量份包括：碳化钽30-40份、碳化铪20-30份、碳化钛15-22份、二氧化硅包覆碳化硅复合微球10-18份、二氧化锆5-12份以及氮化硼1-5份。
优选地，耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层的原料按重量份包括：碳化钽35-40份、碳化铪20-25份、碳化钛15-18份、二氧化硅包覆碳化硅复合微球12-15份、二氧化锆5-10份以及氮化硼1-3份。更优选地，耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层的原料按重量份包括：碳化钽38-40份、碳化铪22-25份、碳化钛15-18份、二氧化硅包覆碳化硅复合微球12-14份、二氧化锆6-8份以及氮化硼2-3份。更优选地，耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层的原料按重量份包括：碳化钽38份、碳化铪23份、碳化钛16份、二氧化硅包覆碳化硅复合微球15份、二氧化锆6份以及氮化硼2份。
其中，二氧化硅包覆碳化硅复合微球的粒径为200-800nm，碳化硅的粒径为20-200nm；介孔二氧化硅的厚度为50-200nm。本发明研究表明，通过采用二氧化硅包覆碳化硅复合微球作为陶瓷涂层的原料之一，相比单独的添加二氧化硅和碳化硅，二氧化硅包覆碳化硅复合微球能够显著提高陶瓷涂层的耐超高温性能和隔热性能，原因可能在于复合微球的双层阻隔结构。包覆于碳化硅表面的少量二氧化硅还可以充当陶瓷组分的助熔剂，提高涂覆性能，
在一些优选实施方式中，二氧化硅包覆碳化硅复合微球的二氧化硅与碳化硅之间包括多孔结构层或者空腔结构层。多孔结构层或者空腔结构层通过溶剂相分离或者热致相分离制备得到。例如多孔结构层可为多孔二氧化硅结构层，即相当于包覆了一层内层多孔二氧化硅层和外层致密二氧化硅层。多孔结构层的孔径为20-80nm；空腔结构层的厚度为50-150nm。
通过在复合微球内部构造多孔结构层或者空腔结构层，提高复合微球的比表面积和内部空腔容量，进而提高其隔热性能。
在另一些优选实施方式中，碳化硅为多孔碳化硅。
在另一些优选实施方式中，二氧化硅包覆碳化硅复合微球的二氧化硅层为介孔二氧化硅。通过多孔或介孔结构，进一步提高复合微球的隔热性能以及涂覆性能。
二氧化硅包覆碳化硅复合微球的制备方法包括：
S1.在碳化硅纳米粒子表面制备一层乙酸丁酸纤维素；
S2.将步骤S1得到的产物分散于水溶液中，升温至40-60℃，然后加入正硅酸乙酯和乙酸乙酯，将pH值调至10.5-11.5反应5-10h，然后离心分离；
S3.将步骤S2得到的产物分散于硝酸铵的乙醇溶液中，80℃回流6h，除去乙酸乙酯，得到介孔二氧化硅层；
S4.将步骤S3得到的产物分散于丙酮溶剂中，加热回流6h，除去乙酸丁酸纤维素，得到中空结构层，最终得到具有空腔结构的二氧化硅包覆碳化硅复合微球。
耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层的制备方法为：按重量份称取碳化钽30-50份、碳化钛20-35份、二氧化硅包覆碳化硅复合微球10-25份、二氧化锆5-15份以及氮化硼1-5份，混合球磨，得到混合粉末；将混合粉末与无水乙醇以质量比1-2:1混合均匀，然后涂布、浸泡、抛光于碳纤维、特殊金属、铝合金、钛合金的发动机内壁，180-220℃烘烤1h，即得到耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，具有优异的隔热、抗刮、耐磨、耐压、耐温、抗氧化性能。
在实际使用中，可以按需要重复涂布，以达到性能的综合要求，芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维可以涂刷进而浸涂，需要适当调整浓度，可以用酒精适当开稀即刻使用，开稀后不应长久存放，以免纳米组合沉积影响使用效果。
实施例1
一种耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，制备方法为：按重量份称取碳化钽38份、碳化铪23份、碳化钛16份、二氧化硅包覆碳化硅复合微球15份、二氧化锆6份以及氮化硼2份，混合球磨，得到混合粉末；将所述混合粉末与无水乙醇以质量比1.5:1混合均匀，然后涂覆至不锈钢金属表面，200℃烘烤1h，即得到耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层。
二氧化硅包覆碳化硅复合微球的制备方法大致为：将碳化硅纳米粒子分散于水和乙醇的混合溶液中，升温至60℃，然后加入正硅酸乙酯，将pH值调至10.5-11.5反应8h，离心分离干燥即得到二氧化硅包覆碳化硅复合微球。
实施例2
一种耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，与实施例1相比，不同之处在于，原料组分按重量份包括：碳化钽40份、碳化铪24份、碳化钛18份、二氧化硅包覆碳化硅复合微球10份、二氧化锆6份以及氮化硼2份。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
实施例3
一种耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，与实施例1相比，不同之处在于，二氧化硅包覆碳化硅复合微球中的碳化硅为多孔碳化硅，孔径约为30nm。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
实施例4
一种耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，与实施例1相比，不同之处在于，二氧化硅包覆碳化硅复合微球具有多孔二氧化硅层，在制备实施例1中的二氧化硅层之前，先包覆一层多孔二氧化硅层。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
实施例5
一种耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，与实施例1相比，不同之处在于，二氧化硅包覆碳化硅复合微球具有空腔结构层，制备方法包括：
S1.在碳化硅纳米粒子表面制备一层乙酸丁酸纤维素；
S2.将步骤S1得到的产物分散于水溶液中，升温至60℃，然后加入正硅酸乙酯和乙酸乙酯，将pH值调至11.5反应10h，然后离心分离；
S3.将步骤S2得到的产物分散于硝酸铵的乙醇溶液中，80℃回流6h，除去乙酸乙酯，得到介孔二氧化硅层；
S4.将步骤S3得到的产物分散于丙酮溶剂中，加热回流6h，除去乙酸丁酸纤维素，得到中空结构层，最终得到具有空腔结构的二氧化硅包覆碳化硅复合微球。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
对比例1
一种耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，与实施例1相比，不同之处在于，原料组分按重量份包括碳化钽38份、碳化铪23份、碳化钛16份、碳化硅10份、二氧化硅5份、二氧化锆6份以及氮化硼2份。
表1实施例1-5及对比例1的性能结果
Figure BDA0003299012810000071
Figure BDA0003299012810000081
表1中耐超高温温度是指该温度下处理1小时涂层布剥落。
从表1可以看出，对比例1采用等量独立的二氧化硅和碳化硅颗粒，陶瓷涂层的耐高温温度和断裂韧性均降低，热导率显著升高，说明本发明采用二氧化硅包覆碳化硅微球用于耐超高温陶瓷涂层，有助于提高涂层的综合性能。
从实施例1-5可以看出，采用具有多孔结构或者空腔结构的复合微球，耐高温温度和断裂韧性有不同程度的提高，热导率有不同程度的降低。其中，当选用具有空腔结构的复合微球时，热导率低至0.75W/m·K，断裂韧性提高不明显。可见，本发明通过对二氧化硅包覆碳化硅复合微球的结构进行改进，并将其用于高温陶瓷涂层，制备得到了综合性能优异的陶瓷涂层，适用于超高温环境中的制件。通过本发明工艺得到的耐超高温防护涂层技术具有优异的耐超高温性能，易于控制，适合工业化生产，具有无毒、无污染的特性，有利于环境保护。
综上所述，本发明提供的耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，通过在陶瓷涂层原料组分中添加适量的二氧化硅包覆碳化硅复合微球，并对其结构进行改进，显著提高了陶瓷涂层的耐高温和隔热性能，具有耐超高温、隔热、抗氧化、耐磨、保温、抗压、超硬、优异的热冲击循环寿命等特点。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，其特征在于，所述耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层的原料按重量份包括：碳化钽30-40份、碳化铪20-30份、碳化钛15-22份、二氧化硅包覆碳化硅复合微球10-18份、二氧化锆5-12份以及氮化硼1-5份；所述二氧化硅包覆碳化硅复合微球的二氧化硅与碳化硅之间包括多孔结构层或者空腔结构层；所述二氧化硅包覆碳化硅复合微球的二氧化硅层为介孔二氧化硅；所述二氧化硅包覆碳化硅复合微球的制备方法包括：
S1.在碳化硅纳米粒子表面制备一层乙酸丁酸纤维素；
S2.将步骤S1得到的产物分散于水溶液中，升温至40-60℃，然后加入正硅酸乙酯和乙酸乙酯，将pH值调至10.5-11.5反应5-10h，然后离心分离；
S3.将步骤S2得到的产物分散于硝酸铵的乙醇溶液中，80℃回流6h，除去乙酸乙酯，得到介孔二氧化硅层；
S4.将步骤S3得到的产物分散于丙酮溶剂中，加热回流6h，除去乙酸丁酸纤维素，得到中空结构层，最终得到二氧化硅包覆碳化硅复合微球。
2.根据权利要求1所述的耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，其特征在于，所述耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层的原料按重量份包括：碳化钽35-40份、碳化铪20-25份、碳化钛15-18份、二氧化硅包覆碳化硅复合微球12-15份、二氧化锆5-10份以及氮化硼1-3份。
3.根据权利要求1所述的耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，其特征在于，所述碳化硅为多孔碳化硅。
4.根据权利要求1所述的耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，其特征在于，所述多孔结构层或者空腔结构层通过溶剂相分离或者热致相分离制备得到。
5.根据权利要求1所述的耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，其特征在于，所述碳化硅的粒径为20-200nm；所述多孔结构层的孔径为20-80nm；所述空腔结构层的厚度为50-150nm。
6.根据权利要求1所述的耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，其特征在于，所述介孔二氧化硅的厚度为50-200nm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层，其特征在于，所述耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层的制备方法为：按重量份称取碳化钽30-50份、碳化钛20-35份、二氧化硅包覆碳化硅复合微球10-25份、二氧化锆5-15份以及氮化硼1-5份，混合球磨，得到混合粉末；将所述混合粉末与无水乙醇以质量比1-2:1混合均匀，然后涂覆至金属或者纤维基材表面，180-220℃烘烤1h，即得到所述耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层。
CN202111189942.5A 2021-10-12 2021-10-12 耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层 Active CN114105643B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111189942.5A CN114105643B (zh) 2021-10-12 2021-10-12 耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111189942.5A CN114105643B (zh) 2021-10-12 2021-10-12 耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114105643A CN114105643A (zh) 2022-03-01
CN114105643B true CN114105643B (zh) 2022-08-16

Family

ID=80375611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111189942.5A Active CN114105643B (zh) 2021-10-12 2021-10-12 耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114105643B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115232435A (zh) * 2022-07-01 2022-10-25 蚌埠凌空科技有限公司 一种高超声速飞行器用抗氧化耐烧蚀树脂及其制备方法
CN114988888B (zh) * 2022-08-04 2022-12-13 中南大学 一种包裹碳纤维的SiC-HfC-Al2O3多层界面涂层的制备方法
CN115433013B (zh) * 2022-09-02 2023-09-26 航天特种材料及工艺技术研究所 核壳结构陶瓷粉体、隔热材料及其制备方法
CN115873559A (zh) * 2022-12-28 2023-03-31 河南创研新材料科技有限公司 一种二氧化硅-碳化硅凝胶复合微球及其制备方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3189477A (en) * 1960-04-13 1965-06-15 Carborundum Co Oxidation-resistant ceramics and methods of manufacturing the same
DE19545187A1 (de) * 1995-12-04 1997-06-05 Technum Inst Dr Niedner Fuer T Mineralschaum-Granulat bestehend aus Kern und Außenschale aus jeweils unterschiedlichen Mineralschaumstrukturen und Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung des Mineralschaum-Granulats
CN103725074A (zh) * 2014-01-06 2014-04-16 武汉双虎涂料有限公司 一种耐高温隔热涂料及其制备方法与应用
CN103880390A (zh) * 2014-01-17 2014-06-25 天津城建大学 一种用于SiO2气凝胶的红外高屏蔽核壳结构遮光剂及其制备方法
CN106699143A (zh) * 2015-07-14 2017-05-24 天津城建大学 一种核壳陶瓷微球及其制备方法
CN108866697A (zh) * 2018-08-10 2018-11-23 无锡市求实纺织专件有限公司 一种自润滑减磨陶瓷涂层钢领及其制备工艺
CN108947569A (zh) * 2018-08-30 2018-12-07 盛世瑶兰（深圳）科技有限公司 一种高强度空心隔热建筑材料及其应用
CN109181639A (zh) * 2018-09-10 2019-01-11 哈尔滨工业大学 一种SiC@SiO2@铁氧体高温吸波复合材料及其制备方法
CN109437912A (zh) * 2018-12-05 2019-03-08 南昌航空大学 一种形貌可控的二氧化硅原位包覆碳化硅核壳结构纳米复合材料的制备方法
CN109574674A (zh) * 2018-11-22 2019-04-05 中科院广州化学有限公司南雄材料生产基地 一种聚硅铝碳氮陶瓷微球及其制备方法和应用
CN109627813A (zh) * 2018-12-21 2019-04-16 天津中材工程研究中心有限公司 一种高温金属防腐涂层材料及其制备方法
CN109796870A (zh) * 2019-01-07 2019-05-24 上海航天精密机械研究所 可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料及其涂层的制备方法
CN110479564A (zh) * 2019-08-20 2019-11-22 海洋化工研究院有限公司 一种原位陶瓷化耐高温隔热涂层的制备及工艺
CN110548528A (zh) * 2019-08-01 2019-12-10 武汉工程大学 一种核壳结构SiO2/SiC材料及其制备方法与用途

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3189477A (en) * 1960-04-13 1965-06-15 Carborundum Co Oxidation-resistant ceramics and methods of manufacturing the same
DE19545187A1 (de) * 1995-12-04 1997-06-05 Technum Inst Dr Niedner Fuer T Mineralschaum-Granulat bestehend aus Kern und Außenschale aus jeweils unterschiedlichen Mineralschaumstrukturen und Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung des Mineralschaum-Granulats
CN103725074A (zh) * 2014-01-06 2014-04-16 武汉双虎涂料有限公司 一种耐高温隔热涂料及其制备方法与应用
CN103880390A (zh) * 2014-01-17 2014-06-25 天津城建大学 一种用于SiO2气凝胶的红外高屏蔽核壳结构遮光剂及其制备方法
CN106699143A (zh) * 2015-07-14 2017-05-24 天津城建大学 一种核壳陶瓷微球及其制备方法
CN108866697A (zh) * 2018-08-10 2018-11-23 无锡市求实纺织专件有限公司 一种自润滑减磨陶瓷涂层钢领及其制备工艺
CN108947569A (zh) * 2018-08-30 2018-12-07 盛世瑶兰（深圳）科技有限公司 一种高强度空心隔热建筑材料及其应用
CN109181639A (zh) * 2018-09-10 2019-01-11 哈尔滨工业大学 一种SiC@SiO2@铁氧体高温吸波复合材料及其制备方法
CN109574674A (zh) * 2018-11-22 2019-04-05 中科院广州化学有限公司南雄材料生产基地 一种聚硅铝碳氮陶瓷微球及其制备方法和应用
CN109437912A (zh) * 2018-12-05 2019-03-08 南昌航空大学 一种形貌可控的二氧化硅原位包覆碳化硅核壳结构纳米复合材料的制备方法
CN109627813A (zh) * 2018-12-21 2019-04-16 天津中材工程研究中心有限公司 一种高温金属防腐涂层材料及其制备方法
CN109796870A (zh) * 2019-01-07 2019-05-24 上海航天精密机械研究所 可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料及其涂层的制备方法
CN110548528A (zh) * 2019-08-01 2019-12-10 武汉工程大学 一种核壳结构SiO2/SiC材料及其制备方法与用途
CN110479564A (zh) * 2019-08-20 2019-11-22 海洋化工研究院有限公司 一种原位陶瓷化耐高温隔热涂层的制备及工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN114105643A (zh) 2022-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114105643B (zh) 耐超高温隔热抗氧化陶瓷涂层
US6071628A (en) Thermal barrier coating for alloy systems
US5985368A (en) Coating composition for metal-based substrates, and related processes
CN105237044B (zh) 多孔纤维状ZrO2陶瓷隔热材料表面的TaSi2-SiO2-BSG高发射率涂层及制备方法
CN107032816A (zh) 一种碳化硅纳米线增强C/C‑SiC‑ZrB2陶瓷基复合材料的制备方法
CN108658626B (zh) MoSi2-SiO2-硼硅酸盐耐高温高发射率涂层及其制备方法与应用
CN105384467A (zh) 一种用于陶瓷基复合材料基体的环境障碍涂层及制备方法
CN104591782A (zh) MoSi2-BSG涂覆氧化锆纤维板一体化隔热材料及其制备方法
Ramasamy et al. Mullite–gadolinium silicate environmental barrier coatings for melt infiltrated SiC/SiC composites
Chen et al. Environmental barrier coatings using low pressure plasma spray process
CN106746666B (zh) 玻璃陶瓷复合热障涂层及涂层制备方法
CN106673709B (zh) 多孔隔热材料表面耐高温高发射率硅化物-玻璃杂化涂层及制备
CN113930705A (zh) 一种长寿命热障涂层材料及其制备工艺、以及一种热障涂层系统及其制备工艺
CA2144699C (fr) Revetement haute temperature, en deux couches, sur substrat ceramique et son obtention
CN115231952A (zh) 石英纤维增强石英基复合材料表面抗雨蚀无机涂层及其制备方法
CN114806254B (zh) 具有波段选择低发性耐温环保型红外隐身材料及制备方法
CN104193173A (zh) 一种钛合金表面烧制搪瓷隔热涂层材料及其制备方法
CN113980557B (zh) 一种无溶剂酚醛环氧隔热防腐涂料及其制备方法
CN110484039B (zh) 一种高温隔热冷却复合材料薄膜的制备方法
JP2001152307A (ja) 耐食性を有し、長期間使用に耐える複合皮膜の形成方法およびその複合皮膜を有する部材
CN107324847B (zh) 用于Cf/SiC复合材料的防沉积抗氧化涂层
CN115521695A (zh) 一种耐高温防腐蚀轻质涂层及其制法和应用
CN105506427A (zh) 一种钽合金表面改性复合Hf-Ta涂层及其制备方法
CN106939137B (zh) 一种防撞击保温涂料及其制备方法
CN111286224B (zh) 一种用于锅炉受热面抗高温氯腐蚀涂层及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant