專利名稱：碳/碳復(fù)合材料納米碳化硅-硅化鉬復(fù)合涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合涂層的制備方法，具體涉及一種碳/碳復(fù)合材料納' 米碳化硅一硅化鉬復(fù)合涂層的制備方法
背景技術(shù)：
近年來碳/碳(碳/碳)復(fù)合材料逐漸成為人們研究的熱點(diǎn)。由于碳/碳 復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)低、密度低、耐燒蝕、耐腐蝕、摩擦系數(shù)穩(wěn)定、導(dǎo)熱 導(dǎo)電性能好和高強(qiáng)度、高模量等特點(diǎn)，特別是隨溫度升高力學(xué)性能不降反 升的特性，因此其被應(yīng)用于航空、航天及民用工業(yè)領(lǐng)域。然而，它的許多
上述性質(zhì)只有在惰性氣氛下或者是低于45(TC的條件下才能保持，氧化失' 重將使得碳/碳復(fù)合材料的力學(xué)性能明顯下降，從而限制了其作為高溫耐 火材料在氧化氣氛下的廣泛應(yīng)用。因此，解決碳/碳復(fù)合材料高溫氧化防 護(hù)問題是充分利用其性能的前提。
抗氧化涂層被認(rèn)為是解決碳/碳復(fù)合材料高溫氧化防護(hù)問題的有效方 法，但是單一的涂層很難有效的長時間的保護(hù)碳/碳復(fù)合材料免受氧化。
多層復(fù)合涂層可以長時間的保護(hù)碳/碳復(fù)合材料，所以成為了人們研究的 熱點(diǎn)。在過渡層中，由于SiC與碳/碳復(fù)合材料具有良好的物理化學(xué)相容性，' 所以被普遍采用。而作外涂層的材料和制備方法多種多樣。MoSi2具有優(yōu)異
的高溫穩(wěn)定性和抗氧化性能，具有isoo r氧化氣氛下的高溫穩(wěn)定性。但
由于MoSi2與用包埋法制備的SiC內(nèi)涂層熱膨脹系數(shù)的差異，不能將MoSi2直 接作為外涂層材料。
到目前為止外涂層的制備方法多種多樣，主要有以下幾種溶膠-凝 膠法，包埋法，化學(xué)氣相沉積，原位成型，熔槳涂覆反應(yīng)等。采用溶膠凝 膠法制備的外涂層表面容易開裂并且涂層厚度不足的缺點(diǎn)[Huang Jian-Feng， Zeng Xie-Rong， Li He-Jun， Xiong Xin-Bo, Sun Guo-ling. 5"wr/: coat rec/ "o丄2005， "Q 255.]，采用包埋法制備的碳化硅涂層 有于表面存在較大的應(yīng)力，所以也容易出現(xiàn)表面開裂的現(xiàn)象[Fu Qian-Gang, Li He-Jun， Shi Xiao-Hong， Li Ke-Zhi， Sun Guo-Dong. 5bj7'pta 2005,5^923.]，而原位成型法制備的涂層需要在1500 *€下高溫處理，且 不倉b—次希lj備完成[Huang Jian—Feng， Li He—Jun， Zeng Xie—Rong, Li Ke-Zhi. Sor/: c朋t 7fec/wo丄2006， 5379.]，同樣采用熔漿涂覆反 應(yīng)法制備涂層仍然存要多次涂刷不能一次制備完成，需要后期熱處理的弊 端[Huang Min, Li Ke-Zhi , Li He-Jun， Fu Qian-Gang, Sim Guo-Dong. Carto. 2007，必，1105.]。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種不僅制備成 本低，而且操作簡單、制備周期短不需要后期熱處理的碳/碳復(fù)合材料納 米碳化硅一硅化鉬復(fù)合涂層的制備方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
1)選市售平均粒度為40nm的碳化硅粉體，粒度為180目的MoSi2粉 體，純度》99.7%的單質(zhì)碘和純度》99.8%的異丙醇為原料，首先將 0. 5g l. 0g的碳化硅粉體和0.1 0. 3g的MoSi2粉體加入到錐形瓶中，再 將100 300ml的異丙醇倒入錐形瓶中制成懸浮液，再將懸浮液放入200 300W的超聲波發(fā)生器中震蕩30 60min，在磁力攪拌器上攪拌12 24h得
到懸浮液A;
2) 向懸浮液A中加入0.05 0.4g的碘單質(zhì)，放入200 300W的超聲 波發(fā)生器中震蕩30 60min，取出后放在磁力攪拌器上攪拌12 24h，所 得溶液B;
3) 將上述溶液B倒入水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在65 70%;然后將 帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱釜內(nèi)的陰極夾上，把水熱 釜放入烘箱中；將水熱釜的正負(fù)極分別接到恒壓電源相應(yīng)的兩極上，水熱, 溫度控制在80 300°C，電泳時間控制在5 60min，電源電壓控制在120 230V，水熱電泳結(jié)束后自然冷卻到室溫；
4) 打開水熱釜，取出試樣，然后將其放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在80 IO(TC下干燥2 4h，即得最終產(chǎn)物碳/碳復(fù)合材料納米碳化硅一硅化鉬復(fù) 合涂層。
采用本發(fā)明的制備方法能夠快速地制備表面均勻無微裂紋產(chǎn)生，厚度 均一無貫穿裂紋和微孔的外涂層。由于反應(yīng)在水熱釜中一次完成，不需要, 后期熱處理，且工藝設(shè)備簡單，所得納米碳化硅一硅化鉬復(fù)合外涂層致密 均勻，反應(yīng)周期短，成本低，制備的納米碳化硅一硅化鉬復(fù)合外涂層可在 1500 r靜態(tài)空氣中保護(hù)C/C復(fù)合材料500小時，氧化失重僅O. 6%。


圖1為本發(fā)明制備納米碳化硅一硅化鉬復(fù)合外涂層表面(XRD)圖譜， 其中橫坐標(biāo)為衍射角2 0 ，單位為°;縱坐標(biāo)為衍射峰強(qiáng)度，單位為a. u.;
圖2為本發(fā)明在水熱溫度120 °C，電泳沉積電壓210V下制備的碳/, 碳復(fù)合材料納米碳化硅一硅化鉬復(fù)合外涂層表面的掃描電鏡(SEM)照片；
圖3為本發(fā)明在水熱溫度120 °C，電泳沉積電壓210 V下制備的碳/
碳復(fù)合材料納米碳化硅一硅化鉬復(fù)合外涂層的斷面掃面電鏡(SEM)照片。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 實(shí)施例1:選市售平均粒度為40nm的碳化硅粉體，粒度為180目的 MoSi2粉體，純度》99.7%的單質(zhì)碘和純度》99.8%的異丙醇為原料，首先' 將lg的碳化硅粉體和0. 25g的MoSi2粉體加入到錐形瓶中，再將150ml的 異丙醇倒入錐形瓶中制成懸浮液，再將懸浮液放入200W的超聲波發(fā)生器 中震蕩30min，在磁力攪拌器上攪拌12h得到懸浮液A;向懸浮液A中加 入0.2g的碘單質(zhì)，放入200W的超聲波發(fā)生器中震蕩30min，取出后放在 磁力攪拌器上攪拌12h，所得溶液B;將上述溶液B倒入水熱反應(yīng)釜中， 填充度控制在70%;然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱 釜內(nèi)的陰極夾上，把水熱釜放入烘箱中；將水熱釜的正負(fù)極分別接到恒壓' 電源相應(yīng)的兩極上，水熱溫度控制在120°C，電泳時間控制在15min，電 源電壓控制在210V，水熱電泳結(jié)束后自然冷卻到室溫；打開水熱釜，取出 試樣，然后將其放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在8(TC下干燥2h，即得最終產(chǎn)物 碳/碳復(fù)合材料納米碳化硅一硅化鉬復(fù)合涂層。
將所得的納米碳化硅一硅化鉬復(fù)合外涂層試樣用日本理學(xué) D/max2000PC X-射線衍射儀分析樣品，發(fā)現(xiàn)涂層所得圖譜為碳化硅和二硅 化鉬衍射峰(圖1)。將樣品的表面斷面用荷蘭FEI公司生產(chǎn)的' FEI-QUANTA400型掃面電子顯微鏡進(jìn)行觀察進(jìn)行觀察，從照片(圖2)可 以看出所制備涂層表面的形貌表面均一、致密沒有微裂紋產(chǎn)生，斷面(圖 3)圖可看出致密厚度均勻且沒有貫穿性裂紋的納米碳化硅一硅化鉬復(fù)合 外涂層被制備出來。
實(shí)施例2:選市售平均粒度為40nm的碳化硅粉體，粒度為180目的 MoSi2粉體，純度》99.7%的單質(zhì)碘和純度》99.8%的異丙醇為原料，首先 將0. 8g的碳化硅粉體和0. lg的MoSi2粉體加入到錐形瓶中，再將230ml 的異丙醇倒入錐形瓶中制成懸浮液，再將懸浮液放入250W的超聲波發(fā)生 器中震蕩50min,在磁力攪拌器上攪拌18h得到懸浮液A;向懸浮液A中 加入0.05g的碘單質(zhì)，放入250W的超聲波發(fā)生器中震蕩50min，取出后放 在磁力攪拌器上攪拌18h，所得溶液B;將上述溶液B倒入水熱反應(yīng)釜中， 填充度控制在68%;然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱 釜內(nèi)的陰極夾上，把水熱釜放入烘箱中；將水熱釜的正負(fù)極分別接到恒壓 電源相應(yīng)的兩極上，水熱溫度控制在80。C,電泳時間控制在30min，電源 電壓控制在180V，水熱電泳結(jié)束后自然冷卻到室溫；打開水熱釜，取出試 樣，然后將其放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在9(TC下干燥3h，即得最終產(chǎn)物碳/
碳復(fù)合材料納米碳化硅一硅化鉬復(fù)合涂層。
實(shí)施例3:選市售平均粒度為40nm的碳化硅粉體，粒度為180目的 MoSi2粉體，純度》99.7。％的單質(zhì)碘和純度》99.8%的異丙醇為原料，首先 將0. 5g的碳化硅粉體和0. 15g的MoSi2粉體加入到錐形瓶中，再將100ml 的異丙醇倒入錐形瓶中制成懸浮液，再將懸浮液放入300W的超聲波發(fā)生 器中震蕩40min，在磁力攪拌器上攪拌15h得到懸浮液A;向懸浮液A中 加入0.3g的碘單質(zhì)，放入300W的超聲波發(fā)生器中震蕩40min，取出后放 在磁力攪拌器上攪拌15h，所得溶液B;將上述溶液B倒入水熱反應(yīng)釜中， 填充度控制在65%;然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱 釜內(nèi)的陰極夾上，把水熱釜放入烘箱中；將水熱釜的正負(fù)極分別接到恒壓 電源相應(yīng)的兩極上，水熱溫度控制在180°C，電泳時間控制在50min，電
源電壓控制在150V，水熱電泳結(jié)束后自然冷卻到室 顯；打開水熱釜，取出
試樣，然后將其放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在10(TC下干燥4h,即得最終產(chǎn)物 碳/碳復(fù)合材料納米碳化硅一硅化鉬復(fù)合涂層。
實(shí)施例4:選市售平均粒度為40nm的碳化硅粉體，粒度為180目的 MoSi2粉體，純度》99.7%的單質(zhì)碘和純度》99.8%的異丙醇為原料，首先 將0. 9g的碳化硅粉體和0. 2g的MoSi2粉體加入到錐形瓶中，再將280ml 的異丙醇倒入錐形瓶中制成懸浮液，再將懸浮液放入280W的超聲波發(fā)生 器中震蕩60min，在磁力攪拌器上攪拌20h得到懸浮液A;向懸浮液A中 加入O. lg的碘單質(zhì)，放入280W的超聲波發(fā)生器中震蕩60min，取出后放 在磁力攪拌器上攪拌20h，所得溶液B;將上述溶液B倒入水熱反應(yīng)釜中， 填充度控制在69%;然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱 釜內(nèi)的陰極夾上，把水熱釜放入烘箱中；將水熱釜的正負(fù)極分別接到恒壓 電源相應(yīng)的兩極上，水熱溫度控制在25(TC，電泳時間控制在5min，電源 電壓控制在120V，水熱電泳結(jié)束后自然冷卻到室溫；打開水熱釜，取出試 樣，然后將其放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在88'C下干燥2.5h，即得最終產(chǎn)物 碳/碳復(fù)合材料納米碳化硅一硅化鉬復(fù)合涂層。
實(shí)施例5:選市售平均粒度為40nm的碳化硅粉體，粒度為180目的 MoSi2粉體，純度》99.7%的單質(zhì)碘和純度》99.8%的異丙醇為原料，首先 將0. 7g的碳化硅粉體和0. 3g的MoSi2粉體加入到錐形瓶中，再將190ml 的異丙醇倒入錐形瓶中制成懸浮液，再將懸浮液放入230W的超聲波發(fā)生 器中震蕩45min，在磁力攪拌器上攪拌24h得到懸浮液A;向懸浮液A中 加入0.4g的碘單質(zhì)，放入230W的超聲波發(fā)生器中震蕩45min，取出后放 在磁力攪拌器上攪拌24h，所得溶液B;將上述溶液B倒入水熱反應(yīng)釜中，
填充度控制在67%;然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱 釜內(nèi)的陰極夾上，把水熱釜放入烘箱中；將水熱釜的正負(fù)極分別接到恒壓 電源相應(yīng)的兩極上，水熱溫度控制在200°C，電泳時間控制在20min，電 源電壓控制在230V,水熱電泳結(jié)束后自然冷卻到室溫；打開水熱釜，取出 試樣，然后將其放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在94'C下干燥3. 5h,即得最終產(chǎn)-物碳/碳復(fù)合材料納米碳化硅一硅化鉬復(fù)合涂層。
實(shí)施例6:選市售平均粒度為40nm的碳化硅粉體，粒度為180目的 MoSi2粉體，純度》99.7%的單質(zhì)碘和純度》99.8%的異丙醇為原料，首先 將0. 6g的碳化硅粉體和0.17g的MoSi2粉體加入到錐形瓶中，再將300ml 的異丙醇倒入錐形瓶中制成懸浮液，再將懸浮液放入220W的超聲波發(fā)生 器中震蕩35min，在磁力攪拌器上攪拌22h得到懸浮液A;向懸浮液A中 加入0.15g的碘單質(zhì)，放入220W的超聲波發(fā)生器中震蕩35min，取出后放 在磁力攪拌器上攪拌22h,所得溶液B;將上述溶液B倒入水熱反應(yīng)釜中， 填充度控制在66%;然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱 釜內(nèi)的陰極夾上，把水熱釜放入烘箱中；將水熱釜的正負(fù)極分別接到恒壓 電源相應(yīng)的兩極上，水熱溫度控制在300°C，電泳時間控制在60min，電 源電壓控制在200V，水熱電泳結(jié)束后自然冷卻到室溫；打開水熱釜，取出 試樣，然后將其放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在97"C下干燥3h，即得最終產(chǎn)物 碳/碳復(fù)合材料納米碳化硅—硅化鉬復(fù)合涂層。
權(quán)利要求
1、碳/碳復(fù)合材料納米碳化硅—硅化鉬復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于1)選市售平均粒度為40nm的碳化硅粉體，粒度為180目的MoSi2粉體，純度≥99.7％的單質(zhì)碘和純度≥99.8％的異丙醇為原料，首先將0.5g～1.0g的碳化硅粉體和0.1～0.3g的MoSi2粉體加入到錐形瓶中，再將100～300ml的異丙醇倒入錐形瓶中制成懸浮液，再將懸浮液放入200～300W的超聲波發(fā)生器中震蕩30～60min，在磁力攪拌器上攪拌12～24h得到懸浮液A；2)向懸浮液A中加入0.05～0.4g的碘單質(zhì)，放入200～300W的超聲波發(fā)生器中震蕩30～60min，取出后放在磁力攪拌器上攪拌12～24h，所得溶液B；3)將上述溶液B倒入水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在65～70％；然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱釜內(nèi)的陰極夾上，把水熱釜放入烘箱中；將水熱釜的正負(fù)極分別接到恒壓電源相應(yīng)的兩極上，水熱溫度控制在80～300℃，電泳時間控制在5～60min，電源電壓控制在120～230V，水熱電泳結(jié)束后自然冷卻到室溫；4)打開水熱釜，取出試樣，然后將其放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在80～100℃下干燥2～4h，即得最終產(chǎn)物碳/碳復(fù)合材料納米碳化硅—硅化鉬復(fù)合涂層。
全文摘要
碳/碳復(fù)合材料納米碳化硅-硅化鉬復(fù)合涂層的制備方法，首先將碳化硅粉體、MoSi₂粉體與異丙醇混合超聲震蕩、磁力攪拌得到懸浮液A；向懸浮液A中加入碘單質(zhì)，超聲震蕩、磁力攪拌制得溶液B；將溶液B倒入水熱反應(yīng)釜中，然后將帶有SiC內(nèi)涂層的碳/碳復(fù)合材料試樣夾在水熱釜內(nèi)的陰極夾上，將水熱釜放入烘箱中；水熱電泳結(jié)束后自然冷卻到室溫；取出試樣，干燥即得最終產(chǎn)物納米碳化硅外涂層保護(hù)的碳/碳復(fù)合材料。采用本發(fā)明的制備方法能夠快速地制備表面均勻無微裂紋產(chǎn)生，厚度均一無貫穿裂紋和微孔的外涂層。由于反應(yīng)在水熱釜中一次完成，不需要后期熱處理，且工藝設(shè)備簡單，所得納米碳化硅-硅化鉬復(fù)合外涂層致密均勻，反應(yīng)周期短，成本低。
文檔編號C04B41/89GK101386551SQ20081023199
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日
發(fā)明者淼 劉, 曹麗云, 曾燮榕, 李賀軍, 殷立雄, 博 王, 黃劍鋒 申請人:陜西科技大學(xué)