陶瓷基復(fù)合涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種陶瓷基復(fù)合涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著航天技術(shù)的發(fā)展，空間力量已經(jīng)成為21世紀(jì)實(shí)施國(guó)家安全與軍事戰(zhàn)略的主要依靠力量。航天飛行器再人大氣過程中，由于強(qiáng)烈的氣動(dòng)加熱，飛行器的頭錐和機(jī)翼前緣的溫度可高達(dá)1650°C，熱防護(hù)系統(tǒng)是航天飛行器的4大關(guān)鍵技術(shù)之一。陶瓷基復(fù)合材料C/SiC已成為第二代空天飛行器最有發(fā)展前景的防熱結(jié)構(gòu)一體化材料，在熱結(jié)構(gòu)材料的構(gòu)件中包括航天飛機(jī)和導(dǎo)彈的鼻錐、導(dǎo)翼、機(jī)翼和蓋板等。
[0003]C/SiC復(fù)合材料在應(yīng)用中存在的一個(gè)主要問題就是在高溫下抗氧化性能較差。一方面是由于C/SiC復(fù)合材料由于材料的致密度較低;另一方面是由于SiC基體與纖維之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配，使得SiC基體上存在許多微小裂紋。這些微小裂紋在C/SiC復(fù)合材料的使用過程中會(huì)成為氧氣腐蝕碳纖維的流動(dòng)通道。因此，必須發(fā)展C/SiC復(fù)合材料的保護(hù)體系以阻止氧通過裂紋和開氣孔向碳纖維的擴(kuò)散。
[0004]現(xiàn)階段解決的主要方法是對(duì)C/SiC材料表面進(jìn)行抗氧化涂層處理，涂層的主要工藝有CVD法、溶膠-凝膠法等。但是存在的問題是C/SiC復(fù)合材料在加工和裝備過程中會(huì)造成表面涂層有一定破壞，涂層的毀壞可能導(dǎo)致碳纖維暴露于燃?xì)猸h(huán)境下，碳纖維的氧化將造成構(gòu)件的失效，嚴(yán)重影響材料的正常使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要提供一種穩(wěn)定性高的陶瓷基復(fù)合涂層。
[0006]此外，還提供一種陶瓷基復(fù)合涂層的制備方法。
[0007]—種陶瓷基復(fù)合涂層，包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組份:
[0008]含炔基聚硼硅氮烷和/或含炔基聚硅氮烷:1%-99%;
[0009]填料:1%-99%;
[0010]所述含炔基聚硼硅氮烷和/或聚硅氮烷、所述填料的質(zhì)量總和為100%。
[0011]在一些實(shí)施例中，所述含炔基聚硼硅氮烷是一種含有-C= C-的聚硅氮烷。
[0012]在一些實(shí)施例中，所述含炔基聚硅氮烷樹脂是一種含有-C= C-的聚硼硅氮烷。
[0013]在一些實(shí)施例中，所述填料為熔金屬Hf或Zr的氧化物、碳化物，所述氧化物為HfO2、ZrO2、所述碳化物為Hf C、ZrC。
[0014]在一些實(shí)施例中，所述填料的粒徑在50-500nm之間。
[0015]在一些實(shí)施例中，所述填料的粒徑在100-300nm之間
[0016]另外本發(fā)明還提供了一種陶瓷基復(fù)合涂層的制備方法，包括下述步驟:
[0017]步驟510:按質(zhì)量比為(1%-99%):(1%-99%)將含炔基聚硼硅氮烷和/或含炔基聚硅氮烷、填料混合均勻，其中，所述含炔基聚硼硅氮烷和/或含炔基聚硅氮烷、所述填料的質(zhì)量總和為100% ；
[0018]步驟S20:在上述混合物中添加有機(jī)溶劑稀釋，經(jīng)研磨、分散后，涂覆或浸漬在碳纖維上；
[0019]步驟S30:經(jīng)步驟S20后得到的產(chǎn)物，于100 °C-400 °C進(jìn)行固化交聯(lián)，再在惰性氣氛中，于900°C-1800°C進(jìn)行高溫裂解，形成耐高溫的所述陶瓷基復(fù)合涂層。
[0020]在一些實(shí)施例中，所述溶劑為甲苯、二甲苯、正己烷、環(huán)己烷、正庚烷中的至少一種。
[0021]在一些實(shí)施例中，所述固化的溫度為150°C_350°C，所述惰性氣氛為N2SAr,所述高溫裂解的升溫速度為5-10°C/min。
[0022]上述陶瓷基復(fù)合涂層，以含炔基聚硼硅氮烷和/或含炔基聚硅氮烷、納填料為主要原料，以適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑稀釋，經(jīng)過研磨和分散，涂覆或浸漬在C/C材料上，然后進(jìn)行固化交聯(lián)、高溫裂解后，形成耐高溫陶瓷基復(fù)合涂層，上述陶瓷基復(fù)合涂層由于含有的炔基一方面有助于降低固化交聯(lián)的溫度，另一方面有助于涂層在在高溫裂解過程中形成更多的自由碳，從而發(fā)生碳熱還原形成難溶金屬碳化物-SiC復(fù)合材料，不僅能夠增強(qiáng)該陶瓷基復(fù)合涂層與碳材料或C-SiC等熱燒蝕材料之間界面結(jié)合能力，而且可以發(fā)揮硅化物陶瓷和難熔金屬化合物的雙重優(yōu)勢(shì)，提高最終裂解涂層的耐溫性，增加基材在高溫、沖蝕等惡劣環(huán)境中的使用壽命，可應(yīng)用于航空航天等耐高溫?zé)g領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0023]圖1為一實(shí)施方式的陶瓷基復(fù)合涂層的制備方法的步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面主要結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)陶瓷基復(fù)合涂層及其制備方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0025]本發(fā)明提供的陶瓷基復(fù)合涂層，包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組份:
[0026]含炔基聚硼硅氮烷和/或含炔基聚硅氮烷:1%-99%;
[0027]填料:1%-99%;
[0028]所述含炔基樹脂、所述聚硼硅氮烷和/或聚硅氮烷樹脂、所述填料的質(zhì)量總和為100%。
[0029]可以了解，由于本發(fā)明采用了炔基樹脂制備的耐高溫陶瓷基復(fù)合涂層，含有的炔基不僅可以實(shí)現(xiàn)在更低溫度下的固化交聯(lián)，而且形成的涂層具有更好的柔韌性。
[0030]優(yōu)選地，所述含炔基聚硼硅氮烷是一種含有-C= C-的聚硅氮烷。
[0031]優(yōu)選地，所述含炔基聚硅氮烷樹脂是一種含有-C= C-的聚硼硅氮烷。
[0032]優(yōu)選地，所述填料為恪金屬Hf或Zr的氧化物、碳化物，，所述氧化物為Hf02、Zr02、所述碳化物為HfC、ZrC。
[0033]優(yōu)選地，所述填料的粒徑在50-500nm之間，進(jìn)一步地，所述填料的粒徑在100-300nm之間。
[0034]如圖1所示，一實(shí)施方式的陶瓷基復(fù)合涂層的制備方法，包括下述步驟:
[0035]步驟510:按質(zhì)量比為(1%-99%):(1%-99%)的含炔基聚硼硅氮烷和/或含炔基聚硅氮烷、填料混合均勻，其中，所述含炔基聚硼硅氮烷和/或含炔基聚硅氮烷、所述填料的質(zhì)量總和為100% ；
[0036]步驟S20:在上述混合物中添加有機(jī)溶劑稀釋，經(jīng)研磨、分散后，涂覆或浸漬在碳纖維上；
[0037]優(yōu)選地，所述溶劑為甲苯、二甲苯、正己烷、環(huán)己烷、正庚烷中的至少一種。
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