專利名稱：一種炭/炭復(fù)合材料防氧化涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種炭/炭復(fù)合材料防氧化涂層，屬于高溫防氧化涂層技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
炭/炭復(fù)合材料是一類密度低、高溫力學(xué)性能優(yōu)異、斷裂韌性良好的先進(jìn)復(fù)合材料，已在航空、航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但炭/炭復(fù)合材料有一嚴(yán)重缺陷，即高溫抗氧化性能差，450℃以上氧化速度比較快，并隨著溫度升高，氧化越來越嚴(yán)重。
目前絕大多數(shù)炭/炭復(fù)合材料用于飛機(jī)剎車盤材料，飛機(jī)剎車時剎車盤的溫度可能很高(超過900℃)，在飛機(jī)炭/炭復(fù)合材料剎車盤的非摩擦部位必須采取有效的防氧化措施。
磷酸鹽為主的防氧化涂層及相關(guān)改進(jìn)的配方是目前廣泛使用的，其特點(diǎn)是施工簡單，可以長期有效地應(yīng)用于800℃以下，但溫度更高時氧化速度很快，不能有效防護(hù)。磷酸鹽涂層通常在850℃以上很快失效，失去防氧化效果。
另一類研究較多的是SiC涂層，有時采用浸漬法，有時采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法。在高溫下，由于SiC與O2反應(yīng)形成致密的SiO2薄膜，因而有很好的防護(hù)效果。但這類高溫涂層由于膨脹系數(shù)與炭/炭復(fù)合材料膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致低溫下產(chǎn)生裂紋，因而不適合長期應(yīng)用于低溫環(huán)境。
在使用磷酸鹽為主的復(fù)合防氧化涂層時，樹脂為其中的重要成分，稀釋劑通常有毒性，在施工過程中有時伴有強(qiáng)烈刺激性的氣味，操作環(huán)境需要有較好的通風(fēng)效果，但也會損害到環(huán)境和人員的健康。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)提出了一種炭/炭復(fù)合材料防氧化涂層，其目的是提供一種適合炭/炭復(fù)合材料、能在1000℃以下長期工作的防氧化涂層，同時使其制作過程無毒、無揮發(fā)性氣體產(chǎn)生。
本發(fā)明的目的是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的
該種炭/炭復(fù)合材料防氧化涂層是由底層和外層構(gòu)成，其特征在于一、底層涂層原料的配比及制作方法是(1)將0.5～2克的Al(OH)3和5～15克Zn3(PO4)2·4H2O分別溶入H3PO4溶液中，然后混合得到20～25毫升的透明溶液，再加入5～40毫升的水；(2)將上述配制好的溶液涂刷在炭/炭復(fù)合材料表面，在氮?dú)鈿夥栈蛘婵毡Ｗo(hù)下加熱，升溫至500～900℃；二、外層涂層原料的配比及制作方法是(3)將10～15克的Na2B4O7·10H2O溶于10～50毫升的丙三醇中，然后分別加入10～50克的SiO2粉末及1～10克的B粉，再用5～50毫升的水進(jìn)行稀釋；(4)將上述配制好的涂料涂刷在炭/炭復(fù)合材料表面底層涂層的上面，再經(jīng)過200℃烘干1小時。
本發(fā)明技術(shù)方案中的防氧化涂層的底層也是磷酸鹽涂層，但與通常的磷酸鹽涂層不同，該涂層中磷酸鋅的含量很高，而氫氧化鋁的含量較低。通過700℃高溫大氣條件下的氧化測試結(jié)果表明，本發(fā)明技術(shù)方案的磷酸鹽涂層的抗氧化能力與通常磷酸鹽涂層相比，抗氧化能力提高20～50％。因而本發(fā)明技術(shù)方案所提供的磷酸鹽涂層也可以單獨(dú)使用。
對于外層涂層，丙三醇有一定的黏度可以保證室溫下涂層與工件的粘結(jié)，同時溶解硼酸鈉，便于熱處理時硼酸鈉與二氧化硅形成防護(hù)性好的玻璃態(tài)物質(zhì)。丙三醇無毒無味，可保障較好的施工環(huán)境。但丙三醇有吸濕性，涂刷外層涂層后應(yīng)在烘箱中烘干。
具體實(shí)施例方式
在飛機(jī)炭/炭復(fù)合材料剎車盤的非摩擦部位采用本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行防氧化處理。
其防氧化涂層是由底層和外層構(gòu)成，其加工過程如下一、底層涂層原料的配比及制作方法是(1)底層涂層原料的配比及用量為H3PO420毫升、Al(OH)30.5克、Zn3(PO4)2·4H2O10克、H2O20毫升；按上述配比將Al(OH)3和Zn3(PO4)2·4H2O分別溶入H3PO4溶液中，然后混合得到透明溶液，再加入5～40毫升的水；(2)將上述配制好的溶液涂刷在炭/炭復(fù)合材料表面，在氮?dú)鈿夥栈蛘婵毡Ｗo(hù)下加熱，升溫至900℃；二、外層涂層原料的配比及制作方法是(3)外層涂層原料的配比及用量為Na2B4O7·10H2O10克、SiO210克、B2克、丙三醇20毫升、H2O20毫升；按上述配比將Na2B4O7·10H2O溶于丙三醇中，然后分別加入SiO2粉末及B粉，再用水進(jìn)行稀釋；(4)將上述配制好的涂料涂刷在炭/炭復(fù)合材料表面底層涂層的上面，再經(jīng)過200℃烘干1小時。
采用上述技術(shù)方案制作的復(fù)合涂層氧化防護(hù)產(chǎn)品在700℃空氣中加熱50小時后，氧化失重小于1％；900℃空氣中加熱3小時，氧化失重也小于1％。
權(quán)利要求
1.一種炭/炭復(fù)合材料防氧化涂層，是由底層和外層構(gòu)成，其特征在于一、底層涂層原料的配比及制作方法是(1)將0.5～2克的Al(OH)3和5～15克Zn3(PO4)2·4H2O分別溶入H3PO4溶液中，然后混合得到20～25毫升的透明溶液，再加入5～40毫升的水；(2)將上述配制好的溶液涂刷在炭/炭復(fù)合材料表面，在氮?dú)鈿夥栈蛘婵毡Ｗo(hù)下加熱，升溫至500～900℃；二、外層涂層原料的配比及制作方法是(3)將10～15克的Na2B4O7·10H2O溶于10～50毫升的丙三醇中，然后分別加入10～50克的SiO2粉末及1～10克的B粉，再用5～50毫升的水進(jìn)行稀釋；(4)將上述配制好的涂料涂刷在炭/炭復(fù)合材料表面底層涂層的上面，再經(jīng)過200℃烘干1小時。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的炭/炭復(fù)合材料防氧化涂層，其特征在于底層涂層原料的配比為H3PO420毫升、Al(OH)30.5克、Zn3(PO4)2·4H2O10克、H2O20毫升。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的炭/炭復(fù)合材料防氧化涂層，其特征在于外層涂層原料的配比為Na2B4O7·10H2O10克、SiO210克、B2克、丙三醇20毫升、H2O20毫升。
全文摘要
本發(fā)明是一種炭/炭復(fù)合材料防氧化涂層，是由底層和外層構(gòu)成，底層是將0.5～2克的Al(OH)
文檔編號C04B41/85GK1966468SQ20061014566
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者張保法, 吳鳳秋, 周志偉, 姜海, 李東生 申請人:北京百慕航材高科技股份有限公司