CN114591102A - 一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层及其制备方法 - Google Patents

一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114591102A
CN114591102A CN202210324898.2A CN202210324898A CN114591102A CN 114591102 A CN114591102 A CN 114591102A CN 202210324898 A CN202210324898 A CN 202210324898A CN 114591102 A CN114591102 A CN 114591102A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sib
powder
coating
glass
embedding
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.)
Granted
Application number
CN202210324898.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114591102B (zh
Inventor
曹丽云
袁梦
沈学涛
黄剑锋
严航
吉甜
刘明鑫
周磊
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.)
Shaanxi University of Science and Technology
Original Assignee
Shaanxi University of Science and Technology
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 Shaanxi University of Science and Technology filed Critical Shaanxi University of Science and Technology
Priority to CN202210324898.2A priority Critical patent/CN114591102B/zh
Publication of CN114591102A publication Critical patent/CN114591102A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114591102B publication Critical patent/CN114591102B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
    • 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
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • 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
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/89—Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明公开了一种C/C复合材料SiB6‑Glass抗氧化涂层及其制备方法，首先通过二次包埋法在C/C复合材料表面制备SiC内涂层，然后配制SiB6沉积悬浮液，将C/C‑SiC基体作为脉冲电弧放电沉积设备的反应釜的阴极，利用脉冲电弧放电沉积法进行SiB6抗氧化涂层制备，利用脉冲电压在阴、阳两极间产生电弧，电弧使沉积在涂层表面颗粒瞬间温度提升并烧结在一起，大大提高了涂层的致密度和结晶度，最后刷涂并热处理形成玻璃涂层，玻璃涂层包括SiO2、Al2O3和B2O3，随着温度的升高，B2O3玻璃可与SiO2构成硼硅玻璃网络，流动填封涂层及基体中的缺陷，防止基体被氧气侵蚀，更加提高了涂层的抗氧化性能。

Description

一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层及其制备方法。
背景技术
C/C复合材料是一种性能优异的高温复合材料，其具有高的热导率、良好的抗热震性、抗烧蚀性能、低密度、摩擦性能好及较好的力学性能，并且其机械强度和弹性模量在2473K以内随温度的升高而增加等特性，使其被广泛应用于航空、航天器涡轮发动机及组件，生物医学等领域。但C/C复合材料在超过723K的有氧环境中就会被氧化，其力学性能也大大降低，从而限制了其在高温氧化气氛中的广泛应用。因此，解决C/C复合材料高温氧化问题是目前面临的关键性问题。目前C/C复合材料的抗氧化方法主要有两种：一种是基体改性技术，另一种则是在基体表面覆有抗氧化涂层。抗氧化涂层是提高C/C复合材料抗氧化性能最直接有效的方法。
相关文献表明，SiB6在800℃以上会发生氧化反应，其氧化产物为SiO2和B2O3。在高温作用下，两种氧化产物会形成具有一定流动性且密封性较好的硼硅酸盐玻璃。有助于高温下C/C复合材料裂纹的自修复。
针对目前国内外对复合材料抗氧化涂层的研究，不难发现复合涂层和梯度陶瓷涂层具有很大的发展空间和潜力。然而由于制作工艺的不完善使得涂层中存在许多缺陷，这大大降低了涂层的实际使用效果。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层及其制备方法，采用脉冲电弧放电沉积法制备C/C复合材料抗氧化涂层，且所制备的C/C抗氧化涂层具有一定的自修复能力，用于C/C复合材料高温下的保护及涂层裂纹自修复。
为了实现以上目的，本发明提供了一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将C/C复合材料包埋于一次包埋粉料中，在2000～2400℃温度下，且在保护气体气氛下保温2～8h进行一次包埋处理，一次包埋粉料包括硅粉、碳粉和氧化铝粉；一次包埋处理后取出包埋于二次包埋粉料中，在2000～2400℃温度下，且在保护气体气氛下保温2～8h进行二次包埋处理，二次包埋粉料包括硅粉、碳粉和氧化硼粉，二次包埋处理后取出，得到C/C-SiC基体；
2)将SiB6、异丙醇和无水乙醇混合搅拌，得到SiB6浓度为10g/L～40g/L的悬浮液A；再向悬浮液A中加入I2并分散搅拌，得到I2浓度为0.5g/L～3.0g/L的悬浮液B；
3)将C/C-SiC基体作为脉冲电弧放电沉积设备的反应釜的阴极，将悬浮液B放置于反应釜内进行脉冲电弧放电沉积，沉积温度为80℃～140℃，沉积电压为340～550V，沉积时间为15min～40min，得到C/C-SiC-SiB6试样；
4)在C/C-SiC-SiB6试样表面刷涂玻璃粉体涂层，玻璃粉体涂层包括SiO2、Al2O3和B2O3，在保护气体气氛下经1300℃～1600℃热处理3～8min后，得到C/C-SiC-SiB6-Glass涂层。
优选地，所述步骤1)中一次包埋粉料包括按质量分数比为60～80％的硅粉、15～20％的碳粉和5～20％的氧化铝粉。
优选地，所述步骤1)中二次包埋粉料包括按质量分数比为60～80％的硅粉、15～20％的碳粉和5～20％的氧化硼粉。
优选地，所述步骤1)一次包埋粉料和二次包埋粉料均在球磨罐中球磨混合后放入石墨坩埚中，再埋入C/C复合材料将石墨坩埚置于真空反应炉中，且一次包埋处理和二次包埋处理后依次进行打磨、洗涤和干燥。
优选地，所述步骤2)中异丙醇和无水乙醇的体积比为2:1～5:1。
优选地，所述步骤2)中将SiB6、异丙醇和无水乙醇磁力搅拌24～48h；悬浮液A中加入I2进行超声分散10～50min后，磁力搅拌18～40h。
优选地，所述步骤3)中脉冲电弧放电沉积设备的反应釜的阳极选用20mm*10mm*3mm的石墨基体，悬浮液B在反应釜内的填充比控制为40％～80％。
优选地，所述步骤3)中沉积完成后取出C/C-SiC-SiB6试样置于干燥箱中在50～70℃干燥2～8h。
优选地，所述步骤4)中玻璃粉体涂层包括按质量分数比为60～80％的SiO2、2～10％的Al2O3和15～30％的B2O3。
本发明还提供了一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层，采用上述的一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法制备得到，包括由C/C复合材料和在C/C复合材料表面包埋制备的SiC内涂层形成的C/C-SiC基体，C/C-SiC基体上脉冲电弧放电沉积有SiB6层，SiB6层表面形成有玻璃涂层，所述抗氧化涂层在1573K空气中氧化205h后，失重率为2.05％。
与现有技术相比，本发明首先通过二次包埋法在C/C复合材料表面制备SiC内涂层，然后配制SiB6沉积悬浮液，将C/C-SiC基体作为脉冲电弧放电沉积设备的反应釜的阴极，利用脉冲电弧放电沉积法进行SiB6抗氧化涂层制备，在水热电泳沉积工艺的基础上将两端的连续稳定的直流电压提升为脉冲电压，脉冲电压可以在阴、阳两极间产生电弧，电弧可以使沉积在涂层表面颗粒瞬间温度提升并烧结在一起，这大大提高了涂层的致密度和结晶度，最后刷涂并热处理形成一层玻璃涂层，玻璃涂层包括SiO2、Al2O3和B2O3，随着温度的升高，达到SiO2的熔点，B2O3玻璃可与SiO2构成硼硅玻璃网络，流动填封涂层及基体中的缺陷，防止基体被氧气侵蚀，更加提高了涂层的抗氧化性能。本发明的反应条件温和，易于实现，并且制备过程简单，成本较低，过程易控，对环境友好。脉冲电弧放电沉积法通过控制沉积温度、沉积电压、悬浮液固含量及电导率、沉积时间等，可以很好的调控涂层的厚度。本发明制得的抗氧化涂层，在高温下可形成流动的SiO2·B2O3，可用于C/C复合材料的高温保护及裂纹自修复，在1573K空气中氧化205h后，失重率仅为2.05％，具有优异的抗氧化性能。
附图说明
图1是本发明实施例3制备的SiB6抗氧化涂层的表面XRD图谱；
图2a是本发明实施例3制备的SiB6抗氧化涂层的表面形貌SEM图；
图2b是本发明实施例3制备的玻璃涂层的表面形貌SEM图；
图3是本发明实施例3制备的C/C-SiC-SiB6-Glass试样在1573K空气中的等温抗氧化曲线图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明作进一步地解释说明，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供了一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法，具体包括以下步骤：
1)SiC内涂层通过两步包埋法制备：将按质量分数比为60～80％的硅粉、15～20％的碳粉、5～20％的氧化铝粉置于球磨罐中球磨混合6h后放入石墨坩埚中，将打磨、清洗、干燥后的C/C复合材料埋入一次包埋粉料中，随后将石墨坩埚置于真空反应炉中，在2000～2400℃高温的Ar气氛保护下保温2～8h；保温结束后自然冷却到室温，将一次包埋后的C/C复合材料取出，用砂纸打磨掉表面粘附的颗粒后洗涤干燥，再将按质量分数比为60～80％的硅粉、15～20％的碳粉、5～20％的氧化硼粉置于球磨罐中球磨混合6h后放入石墨坩埚中，将一次包埋且处理后的C/C复合材料埋入二次包埋粉料中，将石墨坩埚置于真空反应炉中，在2000～2400℃高温的Ar气氛保护下保温2～8h，保温结束后自然冷却到室温，将二次包埋后的C/C复合材料取出，用砂纸打磨掉表面粘附的颗粒后洗涤、干燥，得到C/C-SiC基体试样；
2)将一定量的SiB6与异丙醇、无水乙醇混合，并磁力搅拌24～48h，得到SiB6浓度为10g/L～40g/L的悬浮液A；异丙醇和无水乙醇的体积比为2:1～5:1；
3)向悬浮液A中加入一定量的I2，使I2浓度为0.5g/L～3.0g/L，超声分散10～50min后，磁力搅拌18～40h，得到悬浮液B；
4)脉冲电弧放电沉积设备主要由反应釜和脉冲电源组成，其中，脉冲电源的正负极对应反应釜的阴阳两极，反应釜的阳极选用20mm*10mm*3mm的石墨基体，反应釜的阴极采用C/C-SiC基体；
5)将悬浮液B放置于反应釜内，控制反应釜的填充比为40％～80％，选取沉积温度为80℃～140℃，沉积电压为340～550V，沉积时间为15min～40min，进行脉冲电弧放电沉积；
6)沉积完成后，取出C/C-SiC-SiB6试样，置于50～70℃的干燥箱中干燥2～8h；
7)将C/C-SiC-SiB6试样表面刷涂一层玻璃粉体涂层，其中玻璃粉体涂层包括按质量分数比为60～80％的SiO2、2～10％的Al2O3和15～30％的B2O3，在Ar气氛下经1300℃～1600℃热处理3～8min后，得到C/C-SiC-SiB6-Glass涂层试样。
本发明还提供了上述方法制备得到的一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层，包括由C/C复合材料和在C/C复合材料表面包埋制备的SiC内涂层形成的C/C-SiC基体，C/C-SiC基体上脉冲电弧放电沉积有SiB6层，SiB6层表面形成有玻璃涂层，抗氧化涂层在1573K空气中氧化205h后，失重率为2.05％，具有优异的抗氧化性能。
下面结合具体的实施例对本发明进行详细地解释说明。
实施例1：
1)SiC内涂层通过两步包埋法制备：将硅粉、碳粉、氧化铝粉按质量分数比为60～80％:15～20％:5～20％置于球磨罐中球磨混合6h后放入石墨坩埚中，将打磨、清洗、干燥后的C/C复合材料埋入混合粉料，随后将石墨坩埚置于真空反应炉中，在Ar气氛保护下2000℃保温2h。保温结束后自然冷却到室温，将一次包埋后的C/C复合材料取出，用砂纸打磨掉表面粘附的颗粒后洗涤、干燥。再将硅粉、碳粉、氧化硼粉按质量分数比为60～80％:15～20％:5～20％置于球磨罐中球磨混合6h后放入石墨坩埚中，将一次包埋且处理后的C/C复合材料埋入混合粉料，将石墨坩埚置于真空反应炉中，在Ar气氛保护下2200℃保温2h，保温结束后自然冷却到室温，将二次包埋后的C/C复合材料取出，用砂纸打磨掉表面粘附的颗粒后洗涤、干燥即可得到C/C-SiC基体试样。
2)将4.5g的SiB6与150ml的异丙醇溶液、乙醇溶液混合，并磁力搅拌24h，得到悬浮液A。
3)向悬浮液A中加入0.15g的I2，超声分散20min后，磁力搅拌24h，得到悬浮液B。
4)脉冲电弧放电沉积设备反应釜的阳极选用20mm*10mm*3mm的石墨基体，阴极采用C/C-SiC基体。
5)将悬浮液B放置于水热釜内，控制水热釜的填充比为60％，选取沉积温度为100℃，沉积电压为400V，沉积时间为20min，进行脉冲电弧放电沉积实验。
6)沉积完成后，取出C/C-SiC-SiB6试样，置于60℃的干燥箱中干燥4h。
7)将C/C-SiC-SiB6试样表面刷涂一层玻璃涂层，其中玻璃粉体由SiO2、Al2O3、B2O3按质量分数比为60～80％:2～10％:15～30％混合而成。在Ar气氛下经1550℃热处理7min后，得到C/C-SiC-SiB6-Glass抗氧化涂层试样。
实施例2：
1)SiC内涂层通过两步包埋法制备，方法与实施例1相同。
2)将4.5g的SiB6与150mL的异丙醇溶液、乙醇混合，并磁力搅拌30h，得到悬浮液A。
3)向悬浮液A中加入0.15g的I2，超声分散30min后，磁力搅拌24h，得到悬浮液B。
4)水热釜的阳极选用20mm*10mm*3mm的石墨基体，阴极采用经过预处理的C/C-SiC试样。
5)将悬浮液B放置于水热釜内，控制水热釜的填充比为70％，选取沉积温度为100℃，沉积电压为500V，沉积时间为15min，进行水热电泳沉积实验。
6)沉积完成后，取出C/C-SiC-SiB6试样，置于60℃的干燥箱中干燥3h。
7)将C/C-SiC-SiB6试样表面刷涂一层玻璃粉体涂层，玻璃粉体含量与实施例1相同，在Ar气氛下经1550℃热处理5min后，得到C/C-SiC-SiB6-Glass抗氧化涂层试样。
实施例3：
1)SiC内涂层通过两步包埋法制备，方法与实施例1相同。
2)将4.5g的SiB6与150mL的异丙醇溶液、乙醇溶液混合，并磁力搅拌24h，得到悬浮液A。
3)向悬浮液A中加入0.45g的I2，超声分散20min后，磁力搅拌24h，得到悬浮液B。
4)水热釜的阳极选用20mm*10mm*3mm的石墨基体，阴极采用经过预处理的C/C-SiC试样。
5)将悬浮液B放置于水热釜内，控制水热釜的填充比为70％，选取沉积温度为120℃，沉积电压为450V，沉积时间为15min，进行脉冲电弧放电沉积实验。
6)沉积完成后，取出C/C-SiC-SiB6试样，置于60℃的干燥箱中干燥4h。
7)将C/C-SiC-SiB6试样表面刷涂一层玻璃粉体涂层，玻璃粉体与实施例1相同，在Ar气氛下经1600℃热处理4min后，得到SiC-SiB6-玻璃涂层的C/C复合材料C/C-SiC-SiB6-Glass。
对实施例3脉冲电弧放电沉积法制备的SiB6涂层表面进行XRD分析，结果参见图1，从图1中可以看出该法制备出的SiB6涂层结晶性较好。对实施例3脉冲电弧放电沉积法制备的SiB6涂层表面形貌进行SEM分析，结果参见图2a，从图2a中可以看出SiB6颗粒堆积较为紧密，颗粒烧结在一起并且十分均匀；对实施例3制备的C/C-SiC-SiB6-Glass试样表面的玻璃涂层的表面形貌进行SEM分析，结果参见图2b，从图2b中可以看出表面光滑无气孔和裂纹，能在一定程度上保护C/C基体。对实施例3制备的C/C-SiC-SiB6-Glass试样在1573K空气中进行抗氧化测试，结果参见图3的等温抗氧化曲线，在105h之前由于SiB6涂层的氧化产物生成，试样一直处于增重阶段，在205h时失重率仅为2.05％。
实施例4：
1)SiC内涂层通过两步包埋法制备：将按质量分数比为60％的硅粉、20％的碳粉、20％的氧化铝粉置于球磨罐中球磨混合6h后放入石墨坩埚中，将打磨、清洗、干燥后的C/C复合材料埋入一次包埋粉料中，随后将石墨坩埚置于真空反应炉中，在2000℃高温的Ar气氛保护下保温2h；保温结束后自然冷却到室温，将一次包埋后的C/C复合材料取出，用砂纸打磨掉表面粘附的颗粒后洗涤干燥，再将按质量分数比为60％的硅粉、20％的碳粉、20％的氧化硼粉置于球磨罐中球磨混合6h后放入石墨坩埚中，将一次包埋且处理后的C/C复合材料埋入二次包埋粉料中，将石墨坩埚置于真空反应炉中，在2000℃高温的Ar气氛保护下保温2h，保温结束后自然冷却到室温，将二次包埋后的C/C复合材料取出，用砂纸打磨掉表面粘附的颗粒后洗涤、干燥，得到C/C-SiC基体试样；
2)将一定量的SiB6与体积比为2:1的异丙醇、无水乙醇混合，并磁力搅拌24h，得到SiB6浓度为10g/L的悬浮液A；
3)向悬浮液A中加入一定量的I2，使I2浓度为0.5g/L，超声分散10min后，磁力搅拌18h，得到悬浮液B；
4)脉冲电弧放电沉积设备主要由反应釜和脉冲电源组成，其中，脉冲电源的正负极对应反应釜的阴阳两极，反应釜的阳极选用20mm*10mm*3mm的石墨基体，反应釜的阴极采用C/C-SiC基体；
5)将悬浮液B放置于反应釜内，控制反应釜的填充比为40％，选取沉积温度为80℃，沉积电压为340，沉积时间为15min，进行脉冲电弧放电沉积；
6)沉积完成后，取出C/C-SiC-SiB6试样，置于50℃的干燥箱中干燥2h；
7)将C/C-SiC-SiB6试样表面刷涂一层玻璃粉体涂层，其中玻璃粉体涂层包括按质量分数比为60％的SiO2、10％的Al2O3和30％的B2O3，在Ar气氛下经1300℃热处理3min后，得到C/C-SiC-SiB6-Glass涂层试样。
实施例5：
1)SiC内涂层通过两步包埋法制备：将按质量分数比为80％的硅粉、15％的碳粉、5％的氧化铝粉置于球磨罐中球磨混合6h后放入石墨坩埚中，将打磨、清洗、干燥后的C/C复合材料埋入一次包埋粉料中，随后将石墨坩埚置于真空反应炉中，在2400℃高温的Ar气氛保护下保温8h；保温结束后自然冷却到室温，将一次包埋后的C/C复合材料取出，用砂纸打磨掉表面粘附的颗粒后洗涤干燥，再将按质量分数比为80％的硅粉、15％的碳粉、5％的氧化硼粉置于球磨罐中球磨混合6h后放入石墨坩埚中，将一次包埋且处理后的C/C复合材料埋入二次包埋粉料中，将石墨坩埚置于真空反应炉中，在2400℃高温的Ar气氛保护下保温8h，保温结束后自然冷却到室温，将二次包埋后的C/C复合材料取出，用砂纸打磨掉表面粘附的颗粒后洗涤、干燥，得到C/C-SiC基体试样；
2)将一定量的SiB6与体积比为5:1的异丙醇、无水乙醇混合，并磁力搅拌48h，得到SiB6浓度为40g/L的悬浮液A；
3)向悬浮液A中加入一定量的I2，使I2浓度为3.0g/L，超声分散50min后，磁力搅拌40h，得到悬浮液B；
4)脉冲电弧放电沉积设备主要由反应釜和脉冲电源组成，其中，脉冲电源的正负极对应反应釜的阴阳两极，反应釜的阳极选用20mm*10mm*3mm的石墨基体，反应釜的阴极采用C/C-SiC基体；
5)将悬浮液B放置于反应釜内，控制反应釜的填充比为80％，选取沉积温度为140℃，沉积电压为550V，沉积时间为40min，进行脉冲电弧放电沉积；
6)沉积完成后，取出C/C-SiC-SiB6试样，置于70℃的干燥箱中干燥8h；
7)将C/C-SiC-SiB6试样表面刷涂一层玻璃粉体涂层，其中玻璃粉体涂层包括按质量分数比为80％的SiO2、2％的Al2O3和18％的B2O3，在Ar气氛下经1600℃热处理8min后，得到C/C-SiC-SiB6-Glass涂层试样。
实施例6：
1)SiC内涂层通过两步包埋法制备：将按质量分数比为70％的硅粉、17％的碳粉、13％的氧化铝粉置于球磨罐中球磨混合6h后放入石墨坩埚中，将打磨、清洗、干燥后的C/C复合材料埋入一次包埋粉料中，随后将石墨坩埚置于真空反应炉中，在2200℃高温的Ar气氛保护下保温5h；保温结束后自然冷却到室温，将一次包埋后的C/C复合材料取出，用砂纸打磨掉表面粘附的颗粒后洗涤干燥，再将按质量分数比为70％的硅粉、18％的碳粉、12％的氧化硼粉置于球磨罐中球磨混合6h后放入石墨坩埚中，将一次包埋且处理后的C/C复合材料埋入二次包埋粉料中，将石墨坩埚置于真空反应炉中，在2200℃高温的Ar气氛保护下保温6h，保温结束后自然冷却到室温，将二次包埋后的C/C复合材料取出，用砂纸打磨掉表面粘附的颗粒后洗涤、干燥，得到C/C-SiC基体试样；
2)将一定量的SiB6与体积比为3：1的异丙醇、无水乙醇混合，并磁力搅拌36h，得到SiB6浓度为25g/L的悬浮液A；
3)向悬浮液A中加入一定量的I2，使I2浓度为1.5g/L，超声分散30min后，磁力搅拌30h，得到悬浮液B；
4)脉冲电弧放电沉积设备主要由反应釜和脉冲电源组成，其中，脉冲电源的正负极对应反应釜的阴阳两极，反应釜的阳极选用20mm*10mm*3mm的石墨基体，反应釜的阴极采用C/C-SiC基体；
5)将悬浮液B放置于反应釜内，控制反应釜的填充比为60％，选取沉积温度为110℃，沉积电压为450V，沉积时间为30min，进行脉冲电弧放电沉积；
6)沉积完成后，取出C/C-SiC-SiB6试样，置于60℃的干燥箱中干燥5h；
7)将C/C-SiC-SiB6试样表面刷涂一层玻璃粉体涂层，其中玻璃粉体涂层包括按质量分数比为79％的SiO2、6％的Al2O3和15％的B2O3，在Ar气氛下经1400℃热处理5min后，得到C/C-SiC-SiB6-Glass涂层试样。
本发明通过脉冲电弧放电沉积法合成C/C复合材料抗氧化涂层，脉冲电压产生的电弧可以使沉积在试样表面的颗粒温度瞬间提升进而烧结在一起，可有效提高涂层的致密度与结晶度，脉冲电弧放电沉积法通过控制沉积温度、沉积电压、悬浮液固含量及电导率、沉积时间等，可以很好的调控涂层的厚度，反应条件温和，易于实现，并且制备过程简单，成本较低，过程易控，对环境友好，制得的SiB6抗氧化涂层，在高温下可形成流动的SiO2·B2O3可用于C/C复合材料的高温保护及裂纹自修复，具有优异的抗氧化性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将C/C复合材料包埋于一次包埋粉料中，在2000～2400℃温度下，且在保护气体气氛下保温2～8h进行一次包埋处理，一次包埋粉料包括硅粉、碳粉和氧化铝粉；一次包埋处理后取出包埋于二次包埋粉料中，在2000～2400℃温度下，且在保护气体气氛下保温2～8h进行二次包埋处理，二次包埋粉料包括硅粉、碳粉和氧化硼粉，二次包埋处理后取出，得到C/C-SiC基体；
2)将SiB6、异丙醇和无水乙醇混合搅拌，得到SiB6浓度为10g/L～40g/L的悬浮液A；再向悬浮液A中加入I2并分散搅拌，得到I2浓度为0.5g/L～3.0g/L的悬浮液B；
3)将C/C-SiC基体作为脉冲电弧放电沉积设备的反应釜的阴极，将悬浮液B放置于反应釜内进行脉冲电弧放电沉积，沉积温度为80℃～140℃，沉积电压为340～550V，沉积时间为15min～40min，得到C/C-SiC-SiB6试样；
4)在C/C-SiC-SiB6试样表面刷涂玻璃粉体涂层，玻璃粉体涂层包括SiO2、Al2O3和B2O3，在保护气体气氛下经1300℃～1600℃热处理3～8min后，得到C/C-SiC-SiB6-Glass涂层。
2.根据权利要求1所述的一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中一次包埋粉料包括按质量分数比为60～80％的硅粉、15～20％的碳粉和5～20％的氧化铝粉。
3.根据权利要求1所述的一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中二次包埋粉料包括按质量分数比为60～80％的硅粉、15～20％的碳粉和5～20％的氧化硼粉。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤1)一次包埋粉料和二次包埋粉料均在球磨罐中球磨混合后放入石墨坩埚中，再埋入C/C复合材料将石墨坩埚置于真空反应炉中，且一次包埋处理和二次包埋处理后依次进行打磨、洗涤和干燥。
5.根据权利要求1所述的一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中异丙醇和无水乙醇的体积比为2:1～5:1。
6.根据权利要求1所述的一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中将SiB6、异丙醇和无水乙醇磁力搅拌24～48h；悬浮液A中加入I2进行超声分散10～50min后，磁力搅拌18～40h。
7.根据权利要求1所述的一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中脉冲电弧放电沉积设备的反应釜的阳极选用20mm*10mm*3mm的石墨基体，悬浮液B在反应釜内的填充比控制为40％～80％。
8.根据权利要求1所述的一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中沉积完成后取出C/C-SiC-SiB6试样置于干燥箱中在50～70℃干燥2～8h。
9.根据权利要求1所述的一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中玻璃粉体涂层包括按质量分数比为60～80％的SiO2、2～10％的Al2O3和15～30％的B2O3。
10.一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层，其特征在于，采用权利要求1至9中任一项所述的一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法制备得到，包括由C/C复合材料和在C/C复合材料表面包埋制备的SiC内涂层形成的C/C-SiC基体，C/C-SiC基体上脉冲电弧放电沉积有SiB6层，SiB6层表面形成有玻璃涂层，所述抗氧化涂层在1573K空气中氧化205h后，失重率为2.05％。
CN202210324898.2A 2022-03-30 2022-03-30 一种C/C复合材料SiB6-玻璃抗氧化涂层及其制备方法 Active CN114591102B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210324898.2A CN114591102B (zh) 2022-03-30 2022-03-30 一种C/C复合材料SiB6-玻璃抗氧化涂层及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210324898.2A CN114591102B (zh) 2022-03-30 2022-03-30 一种C/C复合材料SiB6-玻璃抗氧化涂层及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114591102A true CN114591102A (zh) 2022-06-07
CN114591102B CN114591102B (zh) 2023-02-28

Family

ID=81812459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210324898.2A Active CN114591102B (zh) 2022-03-30 2022-03-30 一种C/C复合材料SiB6-玻璃抗氧化涂层及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114591102B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115745664A (zh) * 2022-08-29 2023-03-07 陕西科技大学 碳/碳复合材料Glass-MoSi2/Y2O3-SiC复合抗氧化涂层的制备方法
CN115784760A (zh) * 2022-11-08 2023-03-14 陕西科技大学 一种c/c复合材料抗氧化涂层及其制备方法
CN116332676A (zh) * 2023-03-10 2023-06-27 陕西科技大学 碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层及其制备方法
CN116621593A (zh) * 2023-05-23 2023-08-22 陕西科技大学 一种低密度C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法
CN116621594A (zh) * 2023-05-23 2023-08-22 陕西科技大学 一种C/C复合材料SiB6抗氧化涂层的制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0648872A (ja) * 1992-07-28 1994-02-22 Tokai Carbon Co Ltd 耐酸化性ｃ／ｃ複合材の製造方法
US20020032115A1 (en) * 2000-09-12 2002-03-14 Kazuyuki Oguri Coating having high resistance to heat and oxidation and multi-coated material having high resistance to heat and oxidation
JP2002255674A (ja) * 2001-02-28 2002-09-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 高温耐酸化被覆
CN102674902A (zh) * 2012-05-15 2012-09-19 陕西科技大学 一种C-AlPO4-莫来石/玻璃层梯度复合抗氧化涂层的制备方法
CN103601529A (zh) * 2013-11-05 2014-02-26 陕西科技大学 碳/碳复合材料SiB6抗氧化外涂层的制备方法
CN105948819A (zh) * 2016-04-29 2016-09-21 航天材料及工艺研究所 一种修补涂层及其在碳化硅基复合材料涂层修补中的应用
CN106478153A (zh) * 2016-09-28 2017-03-08 陕西科技大学 一种碳/碳复合材料β‑Y2Si2O7纳米线增韧莫来石/硅酸盐玻璃涂层的制备方法
CN106495745A (zh) * 2016-09-28 2017-03-15 陕西科技大学 一种碳/碳复合材料β‑Y2Si2O7晶须增韧Y2SiO5/YAS微晶玻璃复合抗氧化涂层的制备方法
CN113773119A (zh) * 2021-10-09 2021-12-10 醴陵市东方电瓷电器有限公司 一种高性能的碳碳坩埚表面涂层及其制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0648872A (ja) * 1992-07-28 1994-02-22 Tokai Carbon Co Ltd 耐酸化性ｃ／ｃ複合材の製造方法
US20020032115A1 (en) * 2000-09-12 2002-03-14 Kazuyuki Oguri Coating having high resistance to heat and oxidation and multi-coated material having high resistance to heat and oxidation
JP2002255674A (ja) * 2001-02-28 2002-09-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 高温耐酸化被覆
CN102674902A (zh) * 2012-05-15 2012-09-19 陕西科技大学 一种C-AlPO4-莫来石/玻璃层梯度复合抗氧化涂层的制备方法
CN103601529A (zh) * 2013-11-05 2014-02-26 陕西科技大学 碳/碳复合材料SiB6抗氧化外涂层的制备方法
CN105948819A (zh) * 2016-04-29 2016-09-21 航天材料及工艺研究所 一种修补涂层及其在碳化硅基复合材料涂层修补中的应用
CN106478153A (zh) * 2016-09-28 2017-03-08 陕西科技大学 一种碳/碳复合材料β‑Y2Si2O7纳米线增韧莫来石/硅酸盐玻璃涂层的制备方法
CN106495745A (zh) * 2016-09-28 2017-03-15 陕西科技大学 一种碳/碳复合材料β‑Y2Si2O7晶须增韧Y2SiO5/YAS微晶玻璃复合抗氧化涂层的制备方法
CN113773119A (zh) * 2021-10-09 2021-12-10 醴陵市东方电瓷电器有限公司 一种高性能的碳碳坩埚表面涂层及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨文冬等: "碳/碳复合材料表面SiC/c-AlPO_4复合涂层及其抗氧化机制", 《硅酸盐学报》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115745664A (zh) * 2022-08-29 2023-03-07 陕西科技大学 碳/碳复合材料Glass-MoSi2/Y2O3-SiC复合抗氧化涂层的制备方法
CN115745664B (zh) * 2022-08-29 2023-05-19 陕西科技大学 碳/碳复合材料Glass-MoSi2/Y2O3-SiC复合抗氧化涂层的制备方法
CN115784760A (zh) * 2022-11-08 2023-03-14 陕西科技大学 一种c/c复合材料抗氧化涂层及其制备方法
CN116332676A (zh) * 2023-03-10 2023-06-27 陕西科技大学 碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层及其制备方法
CN116332676B (zh) * 2023-03-10 2023-12-29 陕西科技大学 碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层及其制备方法
CN116621593A (zh) * 2023-05-23 2023-08-22 陕西科技大学 一种低密度C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法
CN116621594A (zh) * 2023-05-23 2023-08-22 陕西科技大学 一种C/C复合材料SiB6抗氧化涂层的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114591102B (zh) 2023-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114591102B (zh) 一种C/C复合材料SiB6-玻璃抗氧化涂层及其制备方法
CN107814591B (zh) 一种碳材料表面硼化物改性硅基抗氧化涂层的制备方法
CN105967759A (zh) 一种稀土氧化物改性Si-Mo-O梯度抗氧化涂层及制备方法
CN110357635A (zh) 一种提高碳基或陶瓷基复合材料表面抗氧化涂层结合强度的方法
CN105924234A (zh) 碳/碳c/c复合材料表面低孔隙率复相陶瓷涂层及制备方法
CN106495745B (zh) 一种β-硅酸钇晶须增韧硅酸钇/YAS涂层的制备方法
CN109987971A (zh) 碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料表面中高温长时间抗氧化涂层及其制备方法
CN101885623A (zh) 脉冲水热电泳沉积法制备碳/碳复合材料莫来石外涂层的方法
CN110981546A (zh) C-C复合材料表面抗氧化ZrB2-SiC-Y2O3涂层及其制备方法
CN106631161B (zh) 一种在碳基材料表面制备抗高温氧化复合涂层的方法
CN114538964B (zh) SiC-Si包覆碳/碳复合材料表面富含MoSi2高温抗氧化涂层及制备方法
CN106746666A (zh) 玻璃陶瓷复合热障涂层设计模型及涂层制备方法
CN108620298A (zh) 碳化硅电热元件表面抗氧化涂层及其制备方法
CN115894085B (zh) 一种复合陶瓷涂层材料及其制备方法和应用
CN112624801A (zh) 制备(SiCNW)/(ZrC基体-涂层一体化)改性C/C复合材料的方法
CN102936145B (zh) 一种Y2SiO5 晶须增韧莫来石复合涂层的制备方法
CN102936146B (zh) 一种Y2Si2O7 晶须增韧Y2SiO5 复合涂层的制备方法
CN114315390A (zh) 一种碳/碳复合材料表面宽温域长寿命抗氧化涂层及低温制备方法
CN117865722A (zh) 一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法
CN114605173B (zh) 一种耐烧蚀抗热震的硅酸锆-高铝玻璃/htbs高熵陶瓷涂层及其制备方法和应用
CN116621594A (zh) 一种C/C复合材料SiB6抗氧化涂层的制备方法
CN115745664B (zh) 碳/碳复合材料Glass-MoSi2/Y2O3-SiC复合抗氧化涂层的制备方法
CN116082065B (zh) 一种提高陶瓷基复合材料表面抗氧化涂层烧结致密度的方法及复合抗氧化涂层
CN116621593A (zh) 一种低密度C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法
CN106588122B (zh) 一种在碳基材料表面制备MoSi2涂层的方法

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