專利名稱：碳/碳復合材料納米碳化硅-硅化鉬復合涂層的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種復合涂層的制備方法，具體涉及一種碳/碳復合材料納' 米碳化硅一硅化鉬復合涂層的制備方法
背景技術：
近年來碳/碳(碳/碳)復合材料逐漸成為人們研究的熱點。由于碳/碳 復合材料熱膨脹系數低、密度低、耐燒蝕、耐腐蝕、摩擦系數穩定、導熱 導電性能好和高強度、高模量等特點，特別是隨溫度升高力學性能不降反 升的特性，因此其被應用于航空、航天及民用工業領域。然而，它的許多
上述性質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/碳復合材料的力學性能明顯下降，從而限制了其作為高溫耐 火材料在氧化氣氛下的廣泛應用。因此，解決碳/碳復合材料高溫氧化防 護問題是充分利用其性能的前提。
抗氧化涂層被認為是解決碳/碳復合材料高溫氧化防護問題的有效方 法，但是單一的涂層很難有效的長時間的保護碳/碳復合材料免受氧化。
多層復合涂層可以長時間的保護碳/碳復合材料，所以成為了人們研究的 熱點。在過渡層中，由于SiC與碳/碳復合材料具有良好的物理化學相容性，' 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具有優異
的高溫穩定性和抗氧化性能，具有isoo r氧化氣氛下的高溫穩定性。但
由于MoSi2與用包埋法制備的SiC內涂層熱膨脹系數的差異，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，化學氣相沉積，原位成型，熔槳涂覆反應等。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[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力，所以也容易出現表面開裂的現象[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.]。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，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/碳復合材料納 米碳化硅一硅化鉬復合涂層的制備方法。
為達到上述目的，本發明采用的技術方案是
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，放入200 300W的超聲 波發生器中震蕩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倒入水熱反應釜中，填充度控制在65 70%;然后將 帶有SiC內涂層的碳/碳復合材料試樣夾在水熱釜內的陰極夾上，把水熱 釜放入烘箱中；將水熱釜的正負極分別接到恒壓電源相應的兩極上，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干燥箱中在80 IO(TC下干燥2 4h，即得最終產物碳/碳復合材料納米碳化硅一硅化鉬復 合涂層。
采用本發明的制備方法能夠快速地制備表面均勻無微裂紋產生，厚度 均一無貫穿裂紋和微孔的外涂層。由于反應在水熱釜中一次完成，不需要, 后期熱處理，且工藝設備簡單，所得納米碳化硅一硅化鉬復合外涂層致密 均勻，反應周期短，成本低，制備的納米碳化硅一硅化鉬復合外涂層可在 1500 r靜態空氣中保護C/C復合材料500小時，氧化失重僅O. 6%。
圖1為本發明制備納米碳化硅一硅化鉬復合外涂層表面(XRD)圖譜， 其中橫坐標為衍射角2 0 ，單位為°;縱坐標為衍射峰強度，單位為a. u.;
圖2為本發明在水熱溫度120 °C，電泳沉積電壓210V下制備的碳/, 碳復合材料納米碳化硅一硅化鉬復合外涂層表面的掃描電鏡(SEM)照片；
圖3為本發明在水熱溫度120 °C，電泳沉積電壓210 V下制備的碳/
碳復合材料納米碳化硅一硅化鉬復合外涂層的斷面掃面電鏡(SEM)照片。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。 實施例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，放入200W的超聲波發生器中震蕩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倒入水熱反應釜中， 填充度控制在70%;然后將帶有SiC內涂層的碳/碳復合材料試樣夾在水熱 釜內的陰極夾上，把水熱釜放入烘箱中；將水熱釜的正負極分別接到恒壓' 電源相應的兩極上，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干燥箱中在8(TC下干燥2h，即得最終產物 碳/碳復合材料納米碳化硅一硅化鉬復合涂層。
將所得的納米碳化硅一硅化鉬復合外涂層試樣用日本理學 D/max2000PC X-射線衍射儀分析樣品，發現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公司生產的' FEI-QUANTA400型掃面電子顯微鏡進行觀察進行觀察，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合 外涂層被制備出來。
實施例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，放入250W的超聲波發生器中震蕩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倒入水熱反應釜中， 填充度控制在68%;然后將帶有SiC內涂層的碳/碳復合材料試樣夾在水熱 釜內的陰極夾上，把水熱釜放入烘箱中；將水熱釜的正負極分別接到恒壓 電源相應的兩極上，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干燥箱中在9(TC下干燥3h，即得最終產物碳/
碳復合材料納米碳化硅一硅化鉬復合涂層。
實施例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，放入300W的超聲波發生器中震蕩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倒入水熱反應釜中， 填充度控制在65%;然后將帶有SiC內涂層的碳/碳復合材料試樣夾在水熱 釜內的陰極夾上，把水熱釜放入烘箱中；將水熱釜的正負極分別接到恒壓 電源相應的兩極上，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干燥箱中在10(TC下干燥4h,即得最終產物 碳/碳復合材料納米碳化硅一硅化鉬復合涂層。
實施例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，放入280W的超聲波發生器中震蕩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倒入水熱反應釜中， 填充度控制在69%;然后將帶有SiC內涂層的碳/碳復合材料試樣夾在水熱 釜內的陰極夾上，把水熱釜放入烘箱中；將水熱釜的正負極分別接到恒壓 電源相應的兩極上，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干燥箱中在88'C下干燥2.5h，即得最終產物 碳/碳復合材料納米碳化硅一硅化鉬復合涂層。
實施例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，放入230W的超聲波發生器中震蕩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倒入水熱反應釜中，
填充度控制在67%;然后將帶有SiC內涂層的碳/碳復合材料試樣夾在水熱 釜內的陰極夾上，把水熱釜放入烘箱中；將水熱釜的正負極分別接到恒壓 電源相應的兩極上，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干燥箱中在94'C下干燥3. 5h,即得最終產-物碳/碳復合材料納米碳化硅一硅化鉬復合涂層。
實施例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，放入220W的超聲波發生器中震蕩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倒入水熱反應釜中， 填充度控制在66%;然后將帶有SiC內涂層的碳/碳復合材料試樣夾在水熱 釜內的陰極夾上，把水熱釜放入烘箱中；將水熱釜的正負極分別接到恒壓 電源相應的兩極上，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干燥箱中在97"C下干燥3h，即得最終產物 碳/碳復合材料納米碳化硅—硅化鉬復合涂層。
權利要求
1、碳/碳復合材料納米碳化硅—硅化鉬復合涂層的制備方法，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，放入200～300W的超聲波發生器中震蕩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倒入水熱反應釜中，填充度控制在65～70％；然后將帶有SiC內涂層的碳/碳復合材料試樣夾在水熱釜內的陰極夾上，把水熱釜放入烘箱中；將水熱釜的正負極分別接到恒壓電源相應的兩極上，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干燥箱中在80～100℃下干燥2～4h，即得最終產物碳/碳復合材料納米碳化硅—硅化鉬復合涂層。
全文摘要
碳/碳復合材料納米碳化硅-硅化鉬復合涂層的制備方法，首先將碳化硅粉體、MoSi<sub>2</sub>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，超聲震蕩、磁力攪拌制得溶液B；將溶液B倒入水熱反應釜中，然后將帶有SiC內涂層的碳/碳復合材料試樣夾在水熱釜內的陰極夾上，將水熱釜放入烘箱中；水熱電泳結束后自然冷卻到室溫；取出試樣，干燥即得最終產物納米碳化硅外涂層保護的碳/碳復合材料。采用本發明的制備方法能夠快速地制備表面均勻無微裂紋產生，厚度均一無貫穿裂紋和微孔的外涂層。由于反應在水熱釜中一次完成，不需要后期熱處理，且工藝設備簡單，所得納米碳化硅-硅化鉬復合外涂層致密均勻，反應周期短，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 優先權日2008年10月29日
發明者淼 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