CN115611660A - 一种c/c复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层，从内到外依次包括C/C复合材料、一层内层SiC纳米线增韧SiC涂层和至少两层外层SiC纳米线增韧SiC涂层；内层SiC纳米线增韧SiC涂层的厚度相当于外层SiC纳米线增韧SiC涂层的厚度的2倍。本发明还公开了一种C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层的制备方法和应用。本发明在制备外层SiC纳米线增韧SiC涂层时，无需催化剂，在致密化、光滑的内层SiC纳米线增韧SiC涂层表面上原位生长出SiC纳米线，获得的涂层具有优异的抗动态氧化、耐高温燃气冲刷性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层及其制备方法及应用，属于材料技术领域。
背景技术
涂层C/C复合材料作为高推进比航空发动机热结构部件使用时，需经受高温强质流燃气的冲刷，因此优异的抗氧化涂层体系不仅要在静态空气下具有良好的抗氧化性能，其还必须能承受住发动机中高温燃气气流冲刷的考验，包括除O2外燃料燃烧生成的气体H2O、CO2和CO的氧化、不完全燃烧残留下来的碳粒子的侵蚀、吸进的外部微粒子以及高速气体等高质流的冲刷。此外，在动态氧化环境下，涂层C/C复合材料还要承受巨大的燃气冲刷引起的动态载荷和温度梯度，这些因素均对C/C复合材料抗氧化涂层提出了更高的要求。涂层C/C试样在高温风洞燃气冲刷条件下的失效主要是因为涂层试样的局部区域氧化与涂层在热冲击以及承受气流冲击的恶劣环境下的开裂。因此本发明主要解决C/C复合材料表面SiC涂层在动态风洞燃气冲刷条件下长时间防护问题。
CVD法制备SiC涂层过程中，试样要悬挂于沉积区域内，难免存在捆绑缺陷，且CVD法制备的SiC涂层不可避免存在裂纹，这些缺陷的存在最终导致单层CVD法SiC纳米线增韧SiC涂层的氧化失效。Takuya Aoki和成来飞等人的研究结果表明，CVD法多次沉积形成多层SiC涂层可有效封堵单层涂层的捆绑缺陷和裂纹等缺陷，提高涂层的防护效果。因此，本发明采用CVD法在C/C复合材料表面多次沉积制备多层SiC纳米线增韧SiC涂层，并研究了其高温静态氧化性能及高温抗燃气冲刷性能。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层，该涂层具有优异的抗动态氧化、耐高温燃气冲刷性能。
同时，本发明提供了一种C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层的制备方法，该法在无催化剂辅助的情况下，在惰性SiC纳米线增韧SiC涂层表面再次生长SiC纳米线是制备多层SiC纳米线增韧SiC涂层的关键。
同时，本发明提供了一种材料，该材料表面涂有本发明的C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层。
同时，本发明提供了上述材料在航空发动机热结构部件中的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层，从内到外依次包括C/C复合材料、一层内层SiC纳米线增韧SiC涂层和至少两层外层SiC纳米线增韧SiC涂层；内层SiC纳米线增韧SiC涂层的厚度相当于外层SiC纳米线增韧SiC涂层的厚度的2倍。
一种C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层的制备方法，包括以下步骤：
S01，先在C/C复合材料表面采用常压化学气相沉积法(APCVD)生长一层SiC纳米线，获得多孔SiC纳米线层；
S02，再采用低压化学气相沉积法(LPCVD)对多孔SiC纳米线层进行致密化制备内层SiC纳米线增韧SiC涂层；
S03，采用等离子焰流对内层SiC纳米线增韧SiC涂层表面进行预氧化；
S04，再采用LPCVD法在预氧化后的内层SiC纳米线增韧SiC涂层表面无催化剂辅助生长SiC纳米线(这是制备多层SiC纳米线增韧SiC涂层的关键)，获得位于内层SiC纳米线增韧SiC涂层外表面的多孔SiC纳米线层；
S05，再采用低压化学气相沉积法(LPCVD)进行致密化制备，形成外层SiC纳米线增韧SiC涂层，如此重复一次形成多层SiC纳米线增韧SiC涂层。
SiC纳米线缩写为SiCNW。
常压为一个大气压，低压为低于一个大气压的压力即可。
具体地，S01包括以下步骤：
采用MTS(甲基三氯硅烷，Methyl trichlorosilane)作为前驱体，既提供C源也提供Si源，且其中碳硅原子比为1:1，试验过程中采用H2作为载气通过鼓泡法将MTS的蒸汽带入立式化学气相沉积炉的反应室内，为了调节反应过程中前驱体分解碳硅原子的比例，使用H2作为反应气体，Ar作为稀释气体。
详细的制备过程如下：
(1)将清洗干净、烘干后的C/C复合材料基体试样，置于质量分数为10-40％ Ni(NO3)2的水溶液中，浸泡1-2h后取出放于50-80℃烘箱中烘干后备用；
(2)用一束碳纤维将处理过的C/C复合材料基体试样捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉中；
(3)将沉积炉抽真空至2-5kPa，保真空30-60分钟，再通氩气至常压，此过程重复1-3次；
(4)以5-10℃/min的速率通电升温，升温过程中通氩气保护，当炉温升到预定温度(1000-1100℃)后，通入反应气体(通过H2鼓泡的方式将MTS带入到反应腔室内，MTS的加入量为2-5g/min)，沉积过程中各气体流量控制范围为：氩气：200-800sccm、鼓泡氢气：50-200sccm、稀释氢气：100-600sccm；
(5)在预定温度(1000-1100℃)下沉积10-120分钟后，先关闭鼓泡氢气，5-10分钟后关闭稀释氢气，断电降温，降温过程中通氩气保护。温度降至室温后，打开炉盖，取出试样，即可在试样表面得到SiCNW，即获得多孔SiC纳米线层。
具体地，S02包括以下步骤：
该涂层(即内层SiC纳米线增韧SiC涂层)的制备过程类似于用化学气相渗透法制备复合材料，主要采用MTS作为前驱体，H2作为载气和反应气体，Ar作为稀释气体，参照沉积SiC涂层的工艺调节控制H2与MTS的摩尔比1:(8-10)，控制沉积温度，对C/C复合材料基体表面的SiCNW(即SiC纳米线层)进行SiC的渗透，一定时间后即可制备得到SiCNW-SiC涂层(即内层SiC纳米线增韧SiC涂层)。具体制备过程如下：
(1)将表面制备有SiCNW的C/C复合材料基体试样，用碳纤维捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉内；
(2)打开真空泵抽真空至0.5-2kPa，控制该压力不变，并以5-10℃/min的升温速率通电升温，升温过程中不通任何气体；
(3)升温至预设沉积温度(1000-1100℃)后，首先通入稀释Ar和稀释H2，再打开载气H2将MTS带入反应区进行渗透沉积，此过程中气体流量的控制范围为：稀释Ar：200-600sccm，稀释H2：2-4L/min，载气H2：20-50sccm；
(4)沉积1-6h后，首先关闭载气H2，5-10分钟后再关闭稀释H2和Ar，断电降温，整个过程中真空泵都保持打开状态直至温度降至室温，打开炉盖，取出试样，即可在C/C复合材料基体试样表面得到SiCNW-SiC涂层(即内层SiC纳米线增韧SiC涂层)。
具体地，S03包括以下步骤：
采用等离子喷涂设备(所用等离子焰流(温度>10000℃))，控制等离子喷涂喷枪，在有氧环境下对内层SiCNW-SiC涂层表面进行平扫预氧化。电压：370-400V，电流：140-170A，主气Ar：80-100mL/min，次气Ar：30-40mL/min，载气H2：6-10mL/min，喷枪距离：80-100mm，喷枪运行速度：5-10mm/s，重复次数：3-5次。
等离子焰流表面预氧化的优点：预氧化只在涂层表面发生，对C/C基体热影响小，不损伤基体；氧化膜厚度容易控制。
具体地，S04包括以下步骤：
同样采用MTS作为前驱体，H2既作为载气也作为反应气体，空气作为反应气体，在不使用催化剂情况下制备SiCNW，具体制备过程如下：
(1)将预氧化后的、沉积有内层SiC纳米线增韧SiC涂层的C/C复合材料基体试样用碳纤维捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉中；
(2)打开真空泵抽真空至2-5kPa，控制该压力不变，并以5-10℃/min的速率通电升温，升温过程中不通任何气体；
(3)升温至预设沉积温度(1000-1100℃)后，首先通入稀释H2以及空气，再打开载气氢气将MTS带入反应区进行沉积，沉积过程中各气体流量的控制范围为：稀释H2：1-3L/min，载气H2：20-50sccm，空气：20-80sccm；
(4)沉积4-6h后，首先关闭载气H2，5-10分钟后再关闭稀释H2和空气，断电降温，整个过程中真空泵都保持打开状态直至温度降至室温，打开炉盖，取出试样，即可在试样表面得到SiCNW，即获得位于内层SiC纳米线增韧SiC涂层外表面的多孔SiC纳米线层。
具体地，S05包括以下步骤：
(1)将表面制备有位于内层SiC纳米线增韧SiC涂层外表面的多孔SiC纳米线层的C/C复合材料基体试样，用碳纤维捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉内；
(2)打开真空泵抽真空至0.5-2kPa，控制该压力不变，并以5-10℃/min的升温速率通电升温，升温过程中不通任何气体；
(3)升温至预设沉积温度(1000-1100℃)后，首先通入稀释Ar和稀释H2，再打开载气H2将MTS带入反应区进行渗透沉积，此过程中气体流量的控制范围为：稀释Ar：200-600sccm，稀释H2：2-4L/min，载气H2：20-50sccm；
(4)沉积1-6h后，首先关闭载气H2，5-10分钟后再关闭稀释H2和Ar，断电降温，整个过程中真空泵都保持打开状态直至温度降至室温，打开炉盖，取出试样，即获得外层SiC纳米线增韧SiC涂层，如此重复一次形成多层SiC纳米线增韧SiC涂层。
涂有本发明所述的涂层的材料。
本发明的材料在航空发动机热结构部件中的应用。
本发明具有如下有益效果：
1.现有的CVD-SiC涂层脆性大、缺陷多；而本发明的多层SiCNW-SiC涂层的优点有：1)由于SiC纳米线的引入，一方面可增韧常规的CVD-SiC涂层，提升韧性，另一方面提高涂层沉积效率，缩短沉积时间降低生产成本；2)SiC纳米线增韧CVD-SiC涂层，表面沉积SiC纳米线可实现多层SiC纳米线增韧SiC涂层；3)多层SiC纳米线增韧SiC涂层可弥补沉积缺陷，提升了C/C复合材料的抗风洞冲刷性能。
2.SiC纳米线具有优异的力学性能，涂层原位在SiC纳米线表面生长，其可有效增强增韧CVD-SiC涂层；同时，SiC纳米线表面活性强，增加了CVD-SiC涂层生长时的形核点，形核点越多CVD-SiC涂层生长的越快，效率越高。
3.相对致密的内层SiC纳米线增韧SiC涂层表面无法承载催化剂，因此在无催化剂辅助的情况下，在惰性SiC纳米线增韧SiC涂层表面再次生长SiC纳米线是制备多层SiC纳米线增韧SiC涂层的关键。
4.多层涂层的沉积一方面可有效弥补CVD涂层制备时的捆绑缺陷，另一方面也可有效封填内层的裂纹和孔隙等缺陷。
5.本发明在制备外层SiC纳米线增韧SiC涂层时，不需要催化剂，在致密化、光滑的内层SiC纳米线增韧SiC涂层表面上原位生长出SiCNW，本发明解决这个技术问题所采用的技术方案是采用预氧化和加入少量氧气，才能在光滑而且润湿性差无法承载催化剂的表面原位生长SiCNW。本发明在采用预氧化和在CVD沉积过程中加入了氧气后，涂层没有因为氧气的加入而性能变差，反而耐高温燃气冲刷性能更加优异。
附图说明
图1为本发明的多层SiCNW-SiC涂层制备过程示意图；
图2为本发明的C/C复合材料多层SiCNW-SiC涂层的结构设计图；
图3为本发明的APCVD法制备SiCNW过程示意图；
图4为本发明的CVD法制备的多层SiCNW-SiC涂层试样表面的典型XRD图谱；
图5为本发明多层SiCNW-SiC涂层试样SEM照片；其中，图(a)为表面图；图(b)为截面图；图(c)为图(b)中黑色方框部分的局部放大图；
图6为高速燃气风洞系统的结构示意图；
图7为本发明的涂层C/C试样在高温风洞中的氧化测试情况；
图8为试样1600℃风洞测试后的宏观照片；
图9为试样水平方向温度场分布示意图；
图10为均布载荷作用下的悬臂梁模型；
图11为本发明的多层SiCNW-SiC涂层试样风洞试验后断裂处的断面形貌图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图2所示，本实施例公开了一种C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层，从内到外依次包括C/C复合材料、一层内层SiC纳米线增韧SiC涂层和两层外层SiC纳米线增韧SiC涂层；内层SiC纳米线增韧SiC涂层的厚度相当于外层SiC纳米线增韧SiC涂层的厚度的2倍。
如图1所示，一种C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层的制备方法，包括以下步骤：
S01，先在C/C复合材料表面采用常压化学气相沉积法(APCVD)生长一层SiC纳米线，获得多孔SiC纳米线层；
S02，再采用低压化学气相沉积法(LPCVD)对多孔SiC纳米线层进行致密化制备内层SiC纳米线增韧SiC涂层；
S03，采用等离子焰流对内层SiC纳米线增韧SiC涂层表面进行预氧化；
S04，再采用LPCVD法在预氧化后的内层SiC纳米线增韧SiC涂层表面无催化剂辅助生长SiC纳米线(这是制备多层SiC纳米线增韧SiC涂层的关键)，获得位于内层SiC纳米线增韧SiC涂层外表面的多孔SiC纳米线层；
S05，再采用低压化学气相沉积法(LPCVD)进行致密化制备，形成外层SiC纳米线增韧SiC涂层，如此重复一次形成多层SiC纳米线增韧SiC涂层。
SiC纳米线缩写为SiCNW。
如图3所示，具体地，S01包括以下步骤：
采用MTS(甲基三氯硅烷，Methyl trichlorosilane)作为前驱体，既提供C源也提供Si源，且其中碳硅原子比为1:1，试验过程中采用H2作为载气通过鼓泡法将MTS的蒸汽带入立式化学气相沉积炉的反应室内，为了调节反应过程中前驱体分解碳硅原子的比例，使用H2作为反应气体，Ar作为稀释气体。
详细的制备过程如下：
(1)将清洗干净、烘干后的C/C复合材料基体试样，置于质量分数为40％Ni(NO3)2的水溶液中，浸泡2h后取出放于80℃烘箱中烘干后备用；
(2)用一束碳纤维将处理过的C/C复合材料基体试样捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉中；
(3)将沉积炉抽真空至2kPa，保真空30分钟，再通氩气至常压，此过程重复3次；
(4)以10℃/min的速率通电升温，升温过程中通氩气保护，当炉温升到预定温度(1000℃)后，通入反应气体(通过H2鼓泡的方式将MTS带入到反应腔室内，MTS的加入量为2g/min)，沉积过程中各气体流量控制范围为：氩气：200sccm、鼓泡氢气：50sccm、稀释氢气：100sccm；
(5)在预定温度(1000℃)下沉积10分钟后，先关闭鼓泡氢气，5分钟后关闭稀释氢气，断电降温，降温过程中通氩气保护。温度降至室温后，打开炉盖，取出试样，即可在试样表面得到SiCNW，即获得多孔SiC纳米线层。
具体地，S02包括以下步骤：
该涂层(即内层SiC纳米线增韧SiC涂层)的制备过程类似于用化学气相渗透法制备复合材料，主要采用MTS作为前驱体，H2作为载气和反应气体，Ar作为稀释气体，参照沉积SiC涂层的工艺调节控制H2与MTS的摩尔比1:8，控制沉积温度，对C/C复合材料基体表面的SiCNW(即SiC纳米线层)进行SiC的渗透，一定时间后即可制备得到SiCNW-SiC涂层(即内层SiC纳米线增韧SiC涂层)。具体制备过程如下：
(1)将表面制备有SiCNW的C/C复合材料基体试样，用碳纤维捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉内；
(2)打开真空泵抽真空至2kPa，控制该压力不变，并以10℃/min的升温速率通电升温，升温过程中不通任何气体；
(3)升温至预设沉积温度(1000℃)后，首先通入稀释Ar和稀释H2，再打开载气H2将MTS带入反应区进行渗透沉积，此过程中气体流量的控制范围为：稀释Ar：200sccm，稀释H2：2L/min，载气H2：20sccm；
(4)沉积1h后，首先关闭载气H2，5分钟后再关闭稀释H2和Ar，断电降温，整个过程中真空泵都保持打开状态直至温度降至室温，打开炉盖，取出试样，即可在C/C复合材料基体试样表面得到SiCNW-SiC涂层(即内层SiC纳米线增韧SiC涂层)。
具体地，S03包括以下步骤：
采用等离子喷涂设备(所用等离子焰流(温度>10000℃))，控制等离子喷涂喷枪，在有氧环境下对内层SiCNW-SiC涂层表面进行平扫预氧化。电压：370V，电流：140A，主气Ar：80mL/min，次气Ar：30mL/min，载气H2：6mL/min，喷枪距离：80mm，喷枪运行速度：5mm/s，重复次数：3次。
等离子焰流表面预氧化的优点：预氧化只在涂层表面发生，对C/C基体热影响小，不损伤基体；氧化膜厚度容易控制。
具体地，S04包括以下步骤：
同样采用MTS作为前驱体，H2既作为载气也作为反应气体，空气作为反应气体，在不使用催化剂情况下制备SiCNW，具体制备过程如下：
(1)将预氧化后的、沉积有内层SiC纳米线增韧SiC涂层的C/C复合材料基体试样用碳纤维捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉中；
(2)打开真空泵抽真空至2kPa，控制该压力不变，并以10℃/min的速率通电升温，升温过程中不通任何气体；
(3)升温至预设沉积温度(1000℃)后，首先通入稀释H2以及空气，再打开载气氢气将MTS带入反应区进行沉积，沉积过程中各气体流量的控制范围为：稀释H2：1L/min，载气H2：20sccm，空气：20sccm；
(4)沉积4h后，首先关闭载气H2，5分钟后再关闭稀释H2和空气，断电降温，整个过程中真空泵都保持打开状态直至温度降至室温，打开炉盖，取出试样，即可在试样表面得到SiCNW，即获得位于内层SiC纳米线增韧SiC涂层外表面的多孔SiC纳米线层。
具体地，S05包括以下步骤：
(1)将表面制备有位于内层SiC纳米线增韧SiC涂层外表面的多孔SiC纳米线层的C/C复合材料基体试样，用碳纤维捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉内；
(2)打开真空泵抽真空至2kPa，控制该压力不变，并以10℃/min的升温速率通电升温，升温过程中不通任何气体；
(3)升温至预设沉积温度(1000℃)后，首先通入稀释Ar和稀释H2，再打开载气H2将MTS带入反应区进行渗透沉积，此过程中气体流量的控制范围为：稀释Ar：200sccm，稀释H2：2L/min，载气H2：20sccm；
(4)沉积1h后，首先关闭载气H2，5分钟后再关闭稀释H2和Ar，断电降温，整个过程中真空泵都保持打开状态直至温度降至室温，打开炉盖，取出试样，即获得外层SiC纳米线增韧SiC涂层，再如此重复一次形成多层SiC纳米线增韧SiC涂层。
本实施例再重复一次，形成了两层外层SiC纳米线增韧SiC涂层。
涂有本实施例所述的涂层的材料。
本实施例的材料在航空发动机热结构部件中的应用。
多层SiCNW-SiC涂层的组成结构及微观形貌分析，图4为CVD法制备的多层SiCNW-SiC涂层试样表面的典型XRD图谱，从图中可以看出，衍射角位于35.7°、60.1°、71.9°和75.5°处的衍射峰分别对应β-SiC相应晶面的密勒指数(111)、(220)、(311)和(222)(JCPDSNO.29-1129)，可判断该涂层的物相只包含β-SiC，这一结果与单层SiCNW-SiC涂层的基本一致；但代表(111)面的衍射峰强度比其他晶面的衍射峰强度高得多，说明该涂层的生长在(111)面上有很强的择优取向性，对于SiC晶体而言，其原子堆积的密排方向为[111]晶向，因此SiC是沿着最密堆积的方向[111]晶向生长的。
图5为多层SiCNW-SiC涂层试样的表面和截面SEM形貌图，从表面图中(图5(a))可以看出，涂层表面较为平整，没有SiC大颗粒的堆积而形成的异常凸起，涂层致密且表面没有明显的显微裂纹存在。从其截面形貌(图5(b))可知，多层SiCNW-SiC涂层的总厚度大约为800μm，图中两条黑色虚线将涂层分为三层，其中最内层分别采用APCVD法生长SiCNW和LPCVD法进行致密化制备所得的SiCNW-SiC涂层的厚度大约为400μm，最外面两层都采用LPCVD法进行SiCNW的生长及致密化所制备的SiCNW-SiC涂层的厚度在200μm左右，造成厚度不同的主要原因是SiCNW的厚度不同。层与层之间没有非常明显的界面，结合紧密，没有发生纯CVD-SiC多次沉积因为表面钝化而造成的分层现象，涂层整体厚度均匀、致密，且没有发现穿透性裂纹存在。通过对图5(b)中黑色方框部分的放大可以看出(图5(c))，都采用LPCVD法制备的SiCNW-SiC涂层结构与制备的单层SiCNW-SiC即该多层涂层的内层结构类似，也是夹层结构，内外层致密中间层疏松多孔，说明SiCNW层在致密化的过程中难以避免地会造成涂层内部形成闭气孔。
高温燃气冲刷性能测试：
C/C复合材料一般应用于高温燃气冲刷条件下，因此优异的抗氧化涂层体系不仅要在静态空气下具有良好的抗氧化性能，还必须能够承受住发动机中高温燃气气流冲刷作用，除了包括O2外还有燃料燃烧生成的气体H2O、CO2和CO等，还有不完全燃烧残留下来的碳粒子侵蚀作用，吸进的外部微粒子以及高速气体等高质流的冲刷。此外，在燃气冲刷环境下，涂层C/C复合材料还要承受巨大的热冲击和温度梯度，这些因素均对C/C复合材料抗氧化涂层提出了更高的要求。测试C/C复合材料涂层高温燃气冲刷的抗冲刷性能至关重要，也是涂层在未来的实际应用的重要理论支持。
高温燃气冲刷氧化试验所用装置为高速燃气风洞系统，其结构示意图见图6。其中，T1：预热燃烧室出口温度，T2：试验燃烧室进口温度，T3：试验温度，P1：流孔板前压力，P2：试验燃烧室进口压力，ΔP12：流孔板前后压力差，1.燃气加热器，2.压缩空气入口，3.电动蝶阀，4.冷气道，5.稳压箱，6.双重流孔板，7.试验燃烧室，8.尾气收集器。
试验时的燃气火焰温度为1600℃。将涂层C/C复合材料试样安装在高温风洞试验装置上(试样伸入风洞出口内的长度为55mm)，且试样轴向与气流方向垂直。试验参数如表1(1600℃时高温风洞的工作参数)所示。试样装夹采用试样轴线与气流方向垂直的方式(即图6中试验燃烧室7处)，以试样的窄面作为迎面，接着迅速向风洞内通入高压空气，加油(航空煤油)、点火、调温至所需试验温度后，开始氧化试验，氧化一定时间后，停机冷却至室温，然后采用分析天平(精度：0.1mg)进行称重。涂层C/C试样在高温风洞中的氧化测试情况如图7。
表1 1600℃时高温风洞的工作参数
多层SiCNW-SiC涂层高温冲刷性能，图8为C/C复合材料、纯CVD-SiC涂层C/C复合材料(即沉积有内层SiC纳米线增韧SiC涂层的C/C复合材料，即单层SiCNW-SiC涂层C/C复合材料)和多层SiCNW-SiC涂层C/C复合材料三种试样经1600℃风洞测试后的宏观照片，结合表2中三种试样经1600℃风洞测试结果可知，裸C/C复合材料试样经过1.3h风洞冲刷后，试样冲刷端部超过三分之一部分被完全氧化腐蚀，经过称重发现试样的质量损失高达38.5％；纯CVD-SiC涂层C/C复合材料试样经过19h冲刷及两次室温-1600℃的热震循环后，试样在距离冲刷端大约70mm处断裂；而采用SiCNW增韧后的多层SiCNW-SiC涂层C/C复合材料经过130h的燃气冲刷，以及18次的室温-1600℃的热震循环后，试样仍然保持完整，称重后发现试样的失重仅有1.1％，在试样的冲刷端有明显的氧化和燃气粒子的侵蚀，且其表面有红褐色的粘着物，其长度大约为45mm，与试样暴露于火焰中的长度基本一致，分析认为这种粘附物质主要来源于燃气中的杂质，图中黑色虚线方框所示为试样在距离冲刷端大约80mm处出现了涂层断裂的现象，但基体没有完全断裂。以上分析表明，C/C复合材料表面制备SiC涂层可有效提高其抗冲刷性能，但由于纯CVD-SiC涂层的脆性大、涂层中裂纹等缺陷多，使得其不能起到长时间保护的作用，结果表明在CVD-SiC涂层中引入SiCNW可有效提高涂层的韧性，同时也使得多层SiCNW-SiC涂层C/C试样的抗冲刷时间更长。
表2试样1600℃风洞试验测试结果
为了说明风洞冲刷试验对试样力学性能的影响，我们研究了试样冲刷前后力学性能的变化。表3为试样弯曲强度的测试结果，无涂层的C/C复合材料试样的弯曲强度为206.6MPa；多层SiCNW-SiC涂层C/C复合材料试样的弯曲强度为223.6MPa，与C/C试样相比，其弯曲强度提高了8.2％，这是因为SiC陶瓷涂层自身具有较高的强度，且SiCNW的加入也进一步提高了其强度和与基体的结合力；为了能够更精确地找到多层SiCNW-SiC涂层C/C试样冲刷后的失效方式，根据试样水平方向上的温度场分布情况(图9)将该涂层试样分为三个部分：第一部分为(高温区)0-45mm；第二部分为(中温区)45-85mm；第三部分(低温区)85-155mm，在经过1600℃高温燃气冲刷130h和18次室温-1600℃热震循环后，对三个区域分别进行弯曲性能测试，可见，高温区的弯曲强度为211.7MPa，比冲刷前的强度略有降低，大约下降了5.3％，这主要是由于在高温燃气冲刷和热震循环下，涂层必然会有氧化消耗和裂纹缺陷的萌生，造成涂层力学性能的下降，但是从结果看，这种力学性能的损失量很小，说明该涂层试样具有较好的抗冲刷性能；低温区的弯曲强度测试结果为223.1MPa，可见其力学性能基本上没有发生变化，这主要是由于低温区的温度很低，低于400℃，难以对其力学性能造成很大的影响；而中温区的弯曲强度仅有0.9MPa，弯曲强度损失严重，且其断口就在80mm涂层断裂处，说明涂层断裂可能造成了C/C基体的氧化，从而造成了弯曲强度严重降低。
表3试样弯曲强度测试结果
为了进一步分析多层SiCNW-SiC涂层C/C试样在高温风洞冲刷环境下表面涂层断裂失效的原因，我们将风洞试验的复杂环境简化，认为燃气冲刷为恒定均布载荷，建立了均布载荷作用下的单臂梁模型，如图10所示，试样的一端用夹具固定，另一端顶部大约有45mm长的部分完全暴露于燃起火焰中即冲刷端，冲刷端因受燃气冲刷而受均匀载荷。对于普通的单臂梁模型，当载荷恒定时，单臂梁截面上不仅承受正应力还承受剪应力。研究表明，当梁的跨度与截面的高度比(跨高比)大于5时，材料的强度主要取决于单臂梁所受的弯曲正应力，其剪应力可以忽略。而风洞试验选用的冲刷试样的跨高比为11.4，且试样的横截面为矩形。因此，可以用正应力来计算单臂梁截面上所承受的弯矩。经过计算表明，越靠近固定端，试样所受的弯矩越大，从理论上讲弯矩最大处应该是试样最易断裂失效的地方，在实际测试过程中也证实了这一理论，如上所述，试样在距离冲刷端80mm处断裂，而该处正是承受弯矩最大的地方。因此试样在距离冲刷端80mm处，既要承受最大的弯矩，同时还要受到夹具固定所施加的压应力，在冲刷过程中，试样还要不断受到热震冲击，从而试样最易在该处萌生裂纹后发生断裂破坏，再从试样水平方向温度场分布示意图可以看出，冲刷试验时试样80mm处的温度大约为500℃，而C/C复合材料基体的氧化温度为370℃，因此氧气会通过该处涂层断裂后留下的通道，渗入到界面处对C/C基体进行氧化，如图11所示为80mm处压断后的断面形貌，从图中可以看出，涂层与C/C基体的界面处发生了严重的氧化，涂层与基体已经完全脱离，且基体内部的C基体也发生了大量的氧化而留下了C纤维骨架，因此导致该处的力学性几乎损失殆尽。
综上所述，多层SiCNW-SiC涂层试样具有较好的抗燃气冲刷性能，由于涂层良好的致密性、韧性和高温下氧化会形成玻璃态SiO2，在风洞试验过程中，试样的冲刷端没有发生断裂破坏的情况，而是在所受最大弯矩和较大夹持力的夹持端(即80mm处)发生涂层的断裂破坏，造成基体的严重氧化导致试样的基本断裂失效。
实施例2：
一种C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层，从内到外依次包括C/C复合材料、一层内层SiC纳米线增韧SiC涂层和两层外层SiC纳米线增韧SiC涂层；内层SiC纳米线增韧SiC涂层的厚度相当于外层SiC纳米线增韧SiC涂层的厚度的2倍。
一种C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层的制备方法，包括以下步骤：
S01，先在C/C复合材料表面采用常压化学气相沉积法(APCVD)生长一层SiC纳米线，获得多孔SiC纳米线层；
S02，再采用低压化学气相沉积法(LPCVD)对多孔SiC纳米线层进行致密化制备内层SiC纳米线增韧SiC涂层；
S03，采用等离子焰流对内层SiC纳米线增韧SiC涂层表面进行预氧化；
S04，再采用LPCVD法在预氧化后的内层SiC纳米线增韧SiC涂层表面无催化剂辅助生长SiC纳米线(这是制备多层SiC纳米线增韧SiC涂层的关键)，获得位于内层SiC纳米线增韧SiC涂层外表面的多孔SiC纳米线层；
S05，再采用低压化学气相沉积法(LPCVD)进行致密化制备，形成外层SiC纳米线增韧SiC涂层，如此重复一次形成多层SiC纳米线增韧SiC涂层。
SiC纳米线缩写为SiCNW。
具体地，S01包括以下步骤：
采用MTS(甲基三氯硅烷，Methyl trichlorosilane)作为前驱体，既提供C源也提供Si源，且其中碳硅原子比为1:1，试验过程中采用H2作为载气通过鼓泡法将MTS的蒸汽带入立式化学气相沉积炉的反应室内，为了调节反应过程中前驱体分解碳硅原子的比例，使用H2作为反应气体，Ar作为稀释气体。
详细的制备过程如下：
(1)将清洗干净、烘干后的C/C复合材料基体试样，置于质量分数为10％Ni(NO3)2的水溶液中，浸泡1h后取出放于50℃烘箱中烘干后备用；
(2)用一束碳纤维将处理过的C/C复合材料基体试样捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉中；
(3)将沉积炉抽真空至5kPa，保真空60分钟，再通氩气至常压，此过程操作1次；
(4)以5℃/min的速率通电升温，升温过程中通氩气保护，当炉温升到预定温度(1100℃)后，通入反应气体(通过H2鼓泡的方式将MTS带入到反应腔室内，MTS的加入量为5g/min)，沉积过程中各气体流量控制范围为：氩气：800sccm、鼓泡氢气：200sccm、稀释氢气：600sccm；
(5)在预定温度(1100℃)下沉积120分钟后，先关闭鼓泡氢气，10分钟后关闭稀释氢气，断电降温，降温过程中通氩气保护。温度降至室温后，打开炉盖，取出试样，即可在试样表面得到SiCNW，即获得多孔SiC纳米线层。
具体地，S02包括以下步骤：
该涂层(即内层SiC纳米线增韧SiC涂层)的制备过程类似于用化学气相渗透法制备复合材料，主要采用MTS作为前驱体，H2作为载气和反应气体，Ar作为稀释气体，参照沉积SiC涂层的工艺调节控制H2与MTS的摩尔比1:10，控制沉积温度，对C/C复合材料基体表面的SiCNW(即SiC纳米线层)进行SiC的渗透，一定时间后即可制备得到SiCNW-SiC涂层(即内层SiC纳米线增韧SiC涂层)。具体制备过程如下：
(1)将表面制备有SiCNW的C/C复合材料基体试样，用碳纤维捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉内；
(2)打开真空泵抽真空至0.5kPa，控制该压力不变，并以5℃/min的升温速率通电升温，升温过程中不通任何气体；
(3)升温至预设沉积温度(1100℃)后，首先通入稀释Ar和稀释H2，再打开载气H2将MTS带入反应区进行渗透沉积，此过程中气体流量的控制范围为：稀释Ar：600sccm，稀释H2：4L/min，载气H2：50sccm；
(4)沉积6h后，首先关闭载气H2，10分钟后再关闭稀释H2和Ar，断电降温，整个过程中真空泵都保持打开状态直至温度降至室温，打开炉盖，取出试样，即可在C/C复合材料基体试样表面得到SiCNW-SiC涂层(即内层SiC纳米线增韧SiC涂层)。
具体地，S03包括以下步骤：
采用等离子喷涂设备(所用等离子焰流(温度>10000℃))，控制等离子喷涂喷枪，在有氧环境下对内层SiCNW-SiC涂层表面进行平扫预氧化。电压：400V，电流：170A，主气Ar：100mL/min，次气Ar：40mL/min，载气H2：10mL/min，喷枪距离：100mm，喷枪运行速度：10mm/s，重复次数：5次。
等离子焰流表面预氧化的优点：预氧化只在涂层表面发生，对C/C基体热影响小，不损伤基体；氧化膜厚度容易控制。
具体地，S04包括以下步骤：
同样采用MTS作为前驱体，H2既作为载气也作为反应气体，空气作为反应气体，在不使用催化剂情况下制备SiCNW，具体制备过程如下：
(1)将预氧化后的、沉积有内层SiC纳米线增韧SiC涂层的C/C复合材料基体试样用碳纤维捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉中；
(2)打开真空泵抽真空至5kPa，控制该压力不变，并以5℃/min的速率通电升温，升温过程中不通任何气体；
(3)升温至预设沉积温度(1100℃)后，首先通入稀释H2以及空气，再打开载气氢气将MTS带入反应区进行沉积，沉积过程中各气体流量的控制范围为：稀释H2：3L/min，载气H2：50sccm，空气：80sccm；
(4)沉积6h后，首先关闭载气H2，10分钟后再关闭稀释H2和空气，断电降温，整个过程中真空泵都保持打开状态直至温度降至室温，打开炉盖，取出试样，即可在试样表面得到SiCNW，即获得位于内层SiC纳米线增韧SiC涂层外表面的多孔SiC纳米线层。
具体地，S05包括以下步骤：
(1)将表面制备有位于内层SiC纳米线增韧SiC涂层外表面的多孔SiC纳米线层的C/C复合材料基体试样，用碳纤维捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉内；
(2)打开真空泵抽真空至0.5kPa，控制该压力不变，并以5℃/min的升温速率通电升温，升温过程中不通任何气体；
(3)升温至预设沉积温度(1100℃)后，首先通入稀释Ar和稀释H2，再打开载气H2将MTS带入反应区进行渗透沉积，此过程中气体流量的控制范围为：稀释Ar：600sccm，稀释H2：4L/min，载气H2：50sccm；
(4)沉积6h后，首先关闭载气H2，10分钟后再关闭稀释H2和Ar，断电降温，整个过程中真空泵都保持打开状态直至温度降至室温，打开炉盖，取出试样，即获得外层SiC纳米线增韧SiC涂层，再如此再重复一次形成两层外层SiC纳米线增韧SiC涂层。
涂有本实施例所述的涂层的材料。
本实施例的材料在航空发动机热结构部件中的应用。
实施例3：
一种C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层，从内到外依次包括C/C复合材料、一层内层SiC纳米线增韧SiC涂层和三层外层SiC纳米线增韧SiC涂层；内层SiC纳米线增韧SiC涂层的厚度相当于外层SiC纳米线增韧SiC涂层的厚度的2倍。
一种C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层的制备方法，包括以下步骤：
S01，先在C/C复合材料表面采用常压化学气相沉积法(APCVD)生长一层SiC纳米线，获得多孔SiC纳米线层；
S02，再采用低压化学气相沉积法(LPCVD)对多孔SiC纳米线层进行致密化制备内层SiC纳米线增韧SiC涂层；
S03，采用等离子焰流对内层SiC纳米线增韧SiC涂层表面进行预氧化；
S04，再采用LPCVD法在预氧化后的内层SiC纳米线增韧SiC涂层表面无催化剂辅助生长SiC纳米线(这是制备多层SiC纳米线增韧SiC涂层的关键)，获得位于内层SiC纳米线增韧SiC涂层外表面的多孔SiC纳米线层；
S05，再采用低压化学气相沉积法(LPCVD)进行致密化制备，形成外层SiC纳米线增韧SiC涂层，如此重复一次形成多层SiC纳米线增韧SiC涂层。
SiC纳米线缩写为SiCNW。
具体地，S01包括以下步骤：
采用MTS(甲基三氯硅烷，Methyl trichlorosilane)作为前驱体，既提供C源也提供Si源，且其中碳硅原子比为1:1，试验过程中采用H2作为载气通过鼓泡法将MTS的蒸汽带入立式化学气相沉积炉的反应室内，为了调节反应过程中前驱体分解碳硅原子的比例，使用H2作为反应气体，Ar作为稀释气体。
详细的制备过程如下：
(1)将清洗干净、烘干后的C/C复合材料基体试样，置于质量分数为20％Ni(NO3)2的水溶液中，浸泡1.5h后取出放于65℃烘箱中烘干后备用；
(2)用一束碳纤维将处理过的C/C复合材料基体试样捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉中；
(3)将沉积炉抽真空至3kPa，保真空45分钟，再通氩气至常压，此过程重复2次；
(4)以8℃/min的速率通电升温，升温过程中通氩气保护，当炉温升到预定温度(1050℃)后，通入反应气体(通过H2鼓泡的方式将MTS带入到反应腔室内，MTS的加入量为3g/min)，沉积过程中各气体流量控制范围为：氩气：500sccm、鼓泡氢气：100sccm、稀释氢气：300sccm；
(5)在预定温度(1050℃)下沉积70分钟后，先关闭鼓泡氢气，8分钟后关闭稀释氢气，断电降温，降温过程中通氩气保护。温度降至室温后，打开炉盖，取出试样，即可在试样表面得到SiCNW，即获得多孔SiC纳米线层。
具体地，S02包括以下步骤：
该涂层(即内层SiC纳米线增韧SiC涂层)的制备过程类似于用化学气相渗透法制备复合材料，主要采用MTS作为前驱体，H2作为载气和反应气体，Ar作为稀释气体，参照沉积SiC涂层的工艺调节控制H2与MTS的摩尔比1:9，控制沉积温度，对C/C复合材料基体表面的SiCNW(即SiC纳米线层)进行SiC的渗透，一定时间后即可制备得到SiCNW-SiC涂层(即内层SiC纳米线增韧SiC涂层)。具体制备过程如下：
(1)将表面制备有SiCNW的C/C复合材料基体试样，用碳纤维捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉内；
(2)打开真空泵抽真空至1kPa，控制该压力不变，并以8℃/min的升温速率通电升温，升温过程中不通任何气体；
(3)升温至预设沉积温度(1050℃)后，首先通入稀释Ar和稀释H2，再打开载气H2将MTS带入反应区进行渗透沉积，此过程中气体流量的控制范围为：稀释Ar：400sccm，稀释H2：3L/min，载气H2：35sccm；
(4)沉积3h后，首先关闭载气H2，8分钟后再关闭稀释H2和Ar，断电降温，整个过程中真空泵都保持打开状态直至温度降至室温，打开炉盖，取出试样，即可在C/C复合材料基体试样表面得到SiCNW-SiC涂层(即内层SiC纳米线增韧SiC涂层)。
具体地，S03包括以下步骤：
采用等离子喷涂设备(所用等离子焰流(温度>10000℃))，控制等离子喷涂喷枪，在有氧环境下对内层SiCNW-SiC涂层表面进行平扫预氧化。电压：385V，电流：155A，主气Ar：90mL/min，次气Ar：35mL/min，载气H2：8mL/min，喷枪距离：90mm，喷枪运行速度：8mm/s，重复次数：4次。
等离子焰流表面预氧化的优点：预氧化只在涂层表面发生，对C/C基体热影响小，不损伤基体；氧化膜厚度容易控制。
具体地，S04包括以下步骤：
同样采用MTS作为前驱体，H2既作为载气也作为反应气体，空气作为反应气体，在不使用催化剂情况下制备SiCNW，具体制备过程如下：
(1)将预氧化后的、沉积有内层SiC纳米线增韧SiC涂层的C/C复合材料基体试样用碳纤维捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉中；
(2)打开真空泵抽真空至3kPa，控制该压力不变，并以8℃/min的速率通电升温，升温过程中不通任何气体；
(3)升温至预设沉积温度(1050℃)后，首先通入稀释H2以及空气，再打开载气氢气将MTS带入反应区进行沉积，沉积过程中各气体流量的控制范围为：稀释H2：2L/min，载气H2：35sccm，空气：60sccm；
(4)沉积5h后，首先关闭载气H2，8分钟后再关闭稀释H2和空气，断电降温，整个过程中真空泵都保持打开状态直至温度降至室温，打开炉盖，取出试样，即可在试样表面得到SiCNW，即获得位于内层SiC纳米线增韧SiC涂层外表面的多孔SiC纳米线层。
具体地，S05包括以下步骤：
(1)将表面制备有位于内层SiC纳米线增韧SiC涂层外表面的多孔SiC纳米线层的C/C复合材料基体试样，用碳纤维捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉内；
(2)打开真空泵抽真空至1kPa，控制该压力不变，并以8℃/min的升温速率通电升温，升温过程中不通任何气体；
(3)升温至预设沉积温度(1050℃)后，首先通入稀释Ar和稀释H2，再打开载气H2将MTS带入反应区进行渗透沉积，此过程中气体流量的控制范围为：稀释Ar：400sccm，稀释H2：3L/min，载气H2：35sccm；
(4)沉积3h后，首先关闭载气H2，8分钟后再关闭稀释H2和Ar，断电降温，整个过程中真空泵都保持打开状态直至温度降至室温，打开炉盖，取出试样，即获得外层SiC纳米线增韧SiC涂层，再如此重复两次形成三层外层SiC纳米线增韧SiC涂层。
涂有本实施例所述的涂层的材料。
本实施例的材料在航空发动机热结构部件中的应用。
实施例4：
本实施例与实施例1的区别仅在于：外层SiC纳米线增韧SiC涂层的层数为4层。本发明中的外层SiC纳米线增韧SiC涂层可以有多层，在此不再一一赘述。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层，其特征在于：从内到外依次包括C/C复合材料、一层内层SiC纳米线增韧SiC涂层和至少两层外层SiC纳米线增韧SiC涂层；内层SiC纳米线增韧SiC涂层的厚度相当于外层SiC纳米线增韧SiC涂层的厚度的2倍。
2.根据权利要求1所述的一种C/C复合材料表面抗1600℃风洞燃气冲刷涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01，先在C/C复合材料表面采用常压化学气相沉积法生长一层SiC纳米线，获得多孔SiC纳米线层；
S02，再采用低压化学气相沉积法对多孔SiC纳米线层进行致密化制备内层SiC纳米线增韧SiC涂层；
S03，采用等离子焰流对内层SiC纳米线增韧SiC涂层表面进行预氧化；
S04，再采用低压化学气相沉积法在预氧化后的内层SiC纳米线增韧SiC涂层表面无催化剂辅助生长SiC纳米线，获得位于内层SiC纳米线增韧SiC涂层外表面的多孔SiC纳米线层；
S05，再采用低压化学气相沉积法进行致密化制备，形成外层SiC纳米线增韧SiC涂层，如此重复，形成多层SiC纳米线增韧SiC涂层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：S01具体包括以下步骤：
（1）将清洗干净、烘干后的C/C复合材料基体试样，置于质量分数为10-40% Ni(NO3)2的水溶液中，浸泡1-2h后取出放于50-80℃烘箱中烘干后备用；
（2）用一束碳纤维将处理过的C/C复合材料基体试样捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉中；
（3）将立式化学气相沉积炉抽真空至2-5kPa，保真空30-60分钟，再通氩气至常压，此过程重复1-3次；
（4）以5-10℃/min的速率通电升温，升温过程中通氩气保护，当炉温升到预定温度1000-1100℃后，通入反应气体，通过H2鼓泡的方式将MTS带入到立式化学气相沉积炉的反应腔室内，MTS的加入量为2-5g/min，沉积过程中各气体流量控制范围为：氩气：200-800sccm、鼓泡氢气：50-200sccm、稀释氢气：100-600sccm；
（5）在预定温度1000-1100℃下沉积10-120分钟后，先关闭鼓泡氢气，5-10分钟后关闭稀释氢气，断电降温，降温过程中通氩气保护，温度降至室温后，打开炉盖，取出试样，即可在试样表面得到SiCNW，即获得多孔SiC纳米线层。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：S02具体包括以下步骤：
（1）将表面制备有多孔SiC纳米线层的C/C复合材料基体试样，用碳纤维捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉内；
（2）打开真空泵抽真空至0.5-2kPa，控制该压力不变，并以5-10℃/min的升温速率通电升温，升温过程中不通任何气体；
（3）升温至预设沉积温度1000-1100℃后，首先通入稀释Ar和稀释H2，再打开载气H2将MTS带入立式化学气相沉积炉的反应区进行渗透沉积，此过程中气体流量的控制范围为：稀释Ar：200-600sccm，稀释H2：2-4L/min，载气H2：20-50sccm；
（4）沉积1-6h后，首先关闭载气H2，5-10分钟后再关闭稀释H2和稀释Ar，断电降温，整个过程中真空泵都保持打开状态直至温度降至室温，打开炉盖，取出试样，即可在C/C复合材料基体试样表面得到内层SiC纳米线增韧SiC涂层。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：S03具体包括以下步骤：采用等离子喷涂设备，控制等离子喷涂喷枪，在有氧环境下对内层SiC纳米线增韧SiC涂层表面进行平扫预氧化；等离子喷涂喷枪的等离子焰流的温度>10000℃。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：等离子喷涂喷枪的工作条件为：电压：370-400V，电流：140-170A，主气Ar：80-100mL/min，次气Ar：30-40mL/min，载气H2：6-10mL/min，喷枪距离：80-100mm，喷枪运行速度：5-10mm/s，重复次数：3-5次。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：S04具体包括以下步骤：
（1）将预氧化后的、沉积有内层SiC纳米线增韧SiC涂层的C/C复合材料基体试样用碳纤维捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉中；
（2）打开真空泵抽真空至2-5kPa，控制该压力不变，并以5-10℃/min的速率通电升温，升温过程中不通任何气体；
（3）升温至预设沉积温度1000-1100℃后，首先通入稀释H2以及空气，再打开载气氢气将MTS带入反应区进行沉积，沉积过程中各气体流量的控制范围为：稀释H2：1-3L/min，载气H2：20-50sccm，空气：20-80sccm；
（4）沉积4-6h后，首先关闭载气H2，5-10分钟后再关闭稀释H2和空气，断电降温，整个过程中真空泵都保持打开状态直至温度降至室温，打开炉盖，取出试样，即获得位于内层SiC纳米线增韧SiC涂层外表面的多孔SiC纳米线层。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：S05具体包括以下步骤：
（1）将表面制备有位于内层SiC纳米线增韧SiC涂层外表面的多孔SiC纳米线层的C/C复合材料基体试样，用碳纤维捆绑后悬挂于立式化学气相沉积炉内；
（2）打开真空泵抽真空至0.5-2kPa，控制该压力不变，并以5-10℃/min的升温速率通电升温，升温过程中不通任何气体；
（3）升温至预设沉积温度1000-1100℃后，首先通入稀释Ar和稀释H2，再打开载气H2将MTS带入反应区进行渗透沉积，此过程中气体流量的控制范围为：稀释Ar：200-600sccm，稀释H2：2-4L/min，载气H2：20-50sccm；
（4）沉积1-6h后，首先关闭载气H2，5-10分钟后再关闭稀释H2和Ar，断电降温，整个过程中真空泵都保持打开状态直至温度降至室温，打开炉盖，取出试样，即获得外层SiC纳米线增韧SiC涂层，如此重复一次形成多层SiC纳米线增韧SiC涂层。
9.涂有根据权利要求1所述的涂层的材料。
10.根据权利要求9所述的材料在航空发动机热结构部件中的应用。
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|---|
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