专利名称：碳/碳复合材料碳化硅/磷酸铝防氧化复合涂层制备方法
技术领域：
本发明属于碳/碳复合材料技术领域，具体涉及一种碳/碳复合材料碳 化硅/磷酸铝防氧化复合涂层制备方法。
背景技术：
碳/碳(c/c)复合材料是可用于高温环境下的先进复合材料之一。由于
其热膨胀系数低、密度低、耐腐蚀、摩檫系数稳定、导热导电性能好和高 强度、高模量等特点，特别是随温度升高力学性能不降反升的特性，被广
泛的用于航空、航天以及民用飞机领域(Sheehan J E. Annu Rev Mater Sci， 1994， 24: 19-44)。然而，研究表明，C/C复合材料在超过450。C的氧化 气氛下开始发生氧化反应，氧化失重将使得C/C复合材料的力学性能明显 下降，从而限制了其在氧化气氛下的应用(李贺军.新型炭材料，2001， 16(2): 79-80)。因此，解决碳/碳复合材料高温防护问题是充分发挥其优 异性能的前提，也成为近年来人们研究的热点。
目前，C/C复合材料的抗氧化措施主要有两类(1)内部保护，在C/C 复合材料成型前就对碳纤维和碳基体进行改性处理，使它们本身具有较强 的抗氧化能力，以及添加各种抗氧化剂来提高C/C复合材料的高温抗氧化 性能。(2)外部涂层，通过在材料表面进行各类涂层防止含氧气体接触扩 散来提高C/C复合材料的高温抗氧化性能。机体改性制备的碳/碳复合材 料抗氧化温度均在120(TC以下，远远不能达到航空航天对材料耐高温性能 的要求。涂层技术将是解决C/C复合材料氧化问题更有效的途径。因此， 碳/碳复合材料抗氧化涂层技术不仅具有重要的理论意义，而且还具有非
常重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备成本较低而且操作简单的碳/碳复合 材料碳化硅/磷酸铝防氧化复合涂层制备方法，按本发明的制备方法得到
的涂层非常均匀致密，经150(TC恒温氧化试验200h后，氧化失重率仅为 0. 5%。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是
1) 碳/碳复合材料的预处理取市售的等温化学气相渗透法制成的密 度为1. 72g/cn)3的2D-碳/碳复合材料，将其加工成10X 10X 10咖3的形状，
并对其进行打磨倒角的表面处理，然后用蒸馏水清洗干净，置于烘箱中烘 干；
2) 碳化硅内涂层的制备取300目的硅粉、石墨粉及MgO粉，按 Si粉石墨粉MgO粉-4-9: 1: 1质量比配制包埋粉料，然后将鹏复 合材料放入石墨坩埚，并埋入包埋粉料中，将石墨坩埚放入石墨作加热体 的立式真空炉中，抽真空使真空度达到0.09MPa，通氩气至常压后再抽真 空，重复三次，随后控制立式真空炉的升温速度为1(TC/min，将炉温从室 温升至200(TC后保温2h，随后以10'C/min的速度降至室温，整个过程通 氩气保护，开炉后打开坩埚，从粉体中取出微碳复合材料，清洗干净后获 得碳/碳复合材料碳化硅内涂层；
3) 磷酸铝外涂层的制备将磷酸铝加入到异丙醇中磁力搅拌24h，再 超声波振荡15min，随后加入碘再磁力搅拌24h，制成磷酸铝含量为 20-50g/L，碘含量为0.6-0.9g/L的悬浮液，将该悬浮液置于水热釜内，控 制填充比为60-70%,水热釜阳极选用20X10X3mm3的碳基体，阴极选用 一次包埋涂层的碳/碳复合材料，密封水热釜并将其置于恒温烘箱中，调
恒压120-220 V，温度为80-200°C、进行15-60min的水热电泳沉积，沉 积完成后取出试样，置于50-10(TC的恒温干燥箱内干燥后即得到碳/碳复 合材料碳化硅/磷酸铝防氧化复合涂层。
本发明能够制备出抗氧化效果较好的复合涂层，在150(TC进行恒温氧 化200h后，氧化失重小于0.5%;而且本发明制备工艺简单，成本低，实 施容易，不需要后期的晶化热处理。
图1是本实施例1制备的复合涂层扫描电镜(SEM)照片。
具体实施例方式
实施例1: 1)碳/碳复合材料的预处理取巿售的等温化学气相渗透
法制成的密度为1.72g/cm3的2D-碳/碳复合材料，将其加工成10X10X 10咖3的形状，并对其进行打磨倒角的表面处理，然后用蒸馏水清洗干净， 置于烘箱中烘干；
2) 碳化硅内涂层的制备取300目的硅粉、石墨粉及MgO粉，按 Si粉石墨粉MgO粉4: 1: 1质量比配制包埋粉料，然后将微碳复合 材料放入石墨坩埚，并埋入包埋粉料中，将石墨坩埚放入石墨作加热体的
立式真空炉中，抽真空使真空度达到0.09MPa，通氩气至常压后再抽真空， 重复三次，随后控制立式真空炉的升温速度为1(TC/min，将炉温从室温升 至2000"C后保温2h，随后以l(TC/min的速度降至室温，整个过程通氩气 保护，开炉后打开坩埚，从粉体中取出自复合材料，清洗干净后得到具 有一次包埋涂层的碳/碳复合材料；
3) 磷酸铝外涂层的制备将磷酸铝加入到异丙醇中磁力搅拌24h，再 超声波振荡15min，随后加入碘再磁力搅拌24h，制成磷酸铝含量为20g/L， 碘含量为0.6g/L的悬浮液，将该悬浮液置于水热釜内，控制填充比为60
%，水热釜阳极选用20xl0x3nW的碳基体，阴极选用一次包埋涂层的碳 顺复合材料，密封水热釜并将其置于恒温烘箱中，调恒压220V，温度为 80°C、进行25min的水热电泳沉积，沉积完成后取出试样，置于10(TC的 恒温干燥箱内干燥后即得碳/碳复合材料碳化硅/磷酸铝防氧化复合涂层， 其扫描电镜(SEM)照片见图1。
实施例2: 1)碳/碳复合材料的预处理取市售的等温化学气相渗透 法制成的密度为1.72g/cm3的2D-碳/碳复合材料，将其加工成10X10X 10mm3的形状，并对其进行打磨倒角的表面处理，然后用蒸馏水清洗干净， 置于烘箱中烘干；
2) 碳化硅内涂层的制备取300目的硅粉、石墨粉及MgO粉，按 Si粉石墨粉MgO,7: 1: 1质量比配制包埋粉料，然后将撒碳复合 材料放入石墨坩埚，并埋入包埋粉料中，将石墨柑埚放入石墨作加热体的 立式真空炉中，抽真空使真空度达到0.09MPa，通氩气至常压后再抽真空， 重复三次，随后控制立式真空炉的升温速度为1(TC/min，将炉温从室温升 至2000"C后保温2h，随后以l(TC/min的速度降至室温，整个过程通氩气 保护，开炉后打开坩埚，从粉体中取出微碳复合材料，清洗干净后得到具 有一次包埋涂层的碳/碳复合材料；
3) 磷酸铝外涂层的制备将磷酸铝加入到异丙醇中磁力搅拌24h，再 超声波振荡15min，随后加入碘再磁力搅拌24h，制成磷酸铝含量为30g/L， 碘含量为0.8g/L的悬浮液，将该悬浮液置于水热釜内，控制填充比为70 %，水热釜阳极选用20xl0x3mm3的碳基体，阴极选用一次包埋涂层的碳 /碳复合材料，密封水热釜并将其置于恒温烘箱中，调恒压200V,温度为 IOO'C、进行30min的水热电泳沉积，沉积完成后取出试样，置于80'C的 恒温干燥箱内干燥后即得到碳/碳复合材料碳化硅/磷酸铝防氧化复合涂
层。
实施例3: 1)碳/碳复合材料的预处理取市售的等温化学气相渗透 法制成的密度为1.72g/cm3的2D-碳/碳复合材料，将其加工成10X10X 10mm3的形状，并对其进行打磨倒角的表面处理，然后用蒸馏水清洗干净, 置于烘箱中烘干；
2) 碳化硅内涂层的制备取300目的硅粉、石墨粉及MgO粉，按 Si粉石墨粉MgO粉-5: 1: 1质量比配制包埋粉料，然后将微碳复合 材料放入石墨坩埚，并埋入包埋粉料中，将石墨坩埚放入石墨作加热体的 立式真空炉中，抽真空使真空度达到0.09MPa，通氩气至常压后再抽真空， 重复三次，随后控制立式真空炉的升温速度为10。C/min,将炉温从室温升 至200(TC后保温2h，随后以10'C/min的速度降至室温，整个过程通氩气 保护，开炉后打开坩埚，从粉体中取出撒碳复合材料，清洗干净后得到具 有一次包埋涂层的碳/碳复合材料；
3) 磷酸铝外涂层的制备将磷酸铝加入到异丙醇中磁力搅拌24h，再 超声波振荡15min，随后加入碘再磁力搅拌24h，制成磷酸铝含量为50g/L， 碘含量为0.7g/L的悬浮液，将该悬浮液置于水热釜内，控制填充比为63 %，水热釜阳极选用20xl0x3mn^的碳基体，阴极选用一次包埋涂层的碳 /碳复合材料，密封水热釜并将其置于恒温烘箱中，调恒压180V,温度为 120°C、进行40min的水热电泳沉积，沉积完成后取出试样，置于6(TC的 恒温干燥箱内干燥后即得到碳/碳复合材料碳化硅/磷酸铝防氧化复合涂 层。
实施例4: 1)碳/碳复合材料的预处理取市售的等温化学气相渗透 法制成的密度为1.72g/cm3的2D-碳/碳复合材料，将其加工成10X10X 10mm3的形状，并对其进行打磨倒角的表面处理，然后用蒸馏水清洗干净，
置于烘箱中烘干；
2) 碳化硅内涂层的制备取300目的硅粉、石墨粉及MgO粉，按 Si粉石墨粉MgO^H9: 1: 1质量比配制包埋粉料，然后将微碳复合 材料放入石墨坩埚，并埋入包埋粉料中，将石墨坩埚放入石墨作加热体的 立式真空炉中，抽真空使真空度达到0.09MPa，通氩气至常压后再抽真空， 重复三次，随后控制立式真空炉的升温速度为1(TC/min，将炉温从室温升 至2000'C后保温2h，随后以l(TC/min的速度降至室温，整个过程通氩气 保护，开炉后打开坩埚，从粉体中取出微碳复合材料，清洗干净后得到具 有一次包埋涂层的碳/碳复合材料；
3) 磷酸铝外涂层的制备将磷酸铝加入到异丙醇中磁力搅拌24h，再 超声波振荡15min，随后加入碘再磁力搅拌24h，制成磷酸铝含量为40g/L， 碘含量为0.65g/L的悬浮液，将该悬浮液置于水热釜内，控制填充比为65
水热釜阳极选用20xl0x3mmS的碳基体，阴极选用一次包埋涂层的碳 /碳复合材料，密封水热釜并将其置于恒温烘箱中，调恒压160V，温度为 140°C、进行50min的水热电泳沉积，沉积完成后取出试样，置于90。C的 恒温干燥箱内干燥后即得到碳/碳复合材料碳化硅/磷酸铝防氧化复合涂 层。
实施例5: 1)碳/碳复合材料的预处理取市售的等温化学气相渗透 法制成的密度为1.72g/cm3的2D-碳/碳复合材料，将其加工成10X10X 10咖3的形状，并对其进行打磨倒角的表面处理，然后用蒸馏水清洗干净， 置于烘箱中烘干；
2)碳化硅内涂层的制备取300目的硅粉、石墨粉及MgO粉，按 Si粉石墨粉MgO^=6: 1: 1质量比配制包埋粉料，然后将撒碳复合 材料放入石墨坩埚，并埋入包埋粉料中，将石墨坩埚放入石墨作加热体的
立式真空炉中，抽真空使真空度达到0.09MPa，通氩气至常压后再抽真空， 重复三次，随后控制立式真空炉的升温速度为10°C/miri，将炉温从室温升 至200(TC后保温2h，随后以l(TC/min的速度降至室温，整个过程通氩气 保护，开炉后打开坩埚，从粉体中取出微碳复合材料，清洗干净后得到具 有一次包埋涂层的碳/碳复合材料；
3)磷酸铝外涂层的制备将磷酸铝加入到异丙醇中磁力搅拌24h，再 超声波振荡15min，随后加入碘再磁力搅拌24h，制成磷酸铝含量为35g/L， 碘含量为0.9g/L的悬浮液，将该悬浮液置于水热釜内，控制填充比为68 %，水热釜阳极选用20xl0x3mi^的碳基体，阴极选用一次包埋涂层的碳 /碳复合材料，密封水热釜并将其置于恒温烘箱中，调恒压140V，温度为 160°C、进行60min的水热电泳沉积，沉积完成后取出试样，置于5(TC的 恒温干燥箱内干燥后即得到碳/碳复合材料碳化硅/磷酸铝防氧化复合涂 层。
实施例6: 1)碳/碳复合材料的预处理取市售的等温化学气相渗透
法制成的密度为1.72g/cm3的2D-碳/碳复合材料，将其加工成10X10X 10n皿3的形状，并对其进行打磨倒角的表面处理，然后用蒸馏水清洗干净， 置于烘箱中烘干；
2)碳化硅内涂层的制备取300目的硅粉、石墨粉及MgO粉，按 Si粉石墨粉MgO粉-8: 1: 1质量比配制包埋粉料，然后将微碳复合 材料放入石墨坩埚，并埋入包埋粉料中，将石墨坩埚放入石墨作加热体的
立式真空炉中，抽真空使真空度达到0.09MPa，通氩气至常压后再抽真空， 重复三次，随后控制立式真空炉的升温速度为1(TC/min，将炉温从室温升 至200(TC后保温2h，随后以10°C/min的速度降至室温，整个过程通氩气 保护，开炉后打开坩埚，从粉体中取出碳/碳复合材料，清洗干净后获得碳
/碳复合材料碳化硅内涂层；
3)磷酸铝外涂层的制备将磷酸铝加入到异丙醇中磁力搅拌24h，再 超声波振荡15min，随后加入碘再磁力搅拌24h，制成磷酸铝含量为 20-50g/L,碘含量为0.6-0.9g/L的悬浮液，将该悬浮液置于水热釜内，控 制填充比为65%，水热釜阳极选用20X10X3mm3的碳基体，阴极选用一 次包埋涂层的碳/碳复合材料，密封水热釜并将其置于恒温烘箱中，调恒 压120V，温度为200。C、进行15min的水热电泳沉积，沉积完成后取出试 样，置于50-10(TC的恒温干燥箱内干燥后即得到碳/碳复合材料碳化硅/ 磷酸铝防氧化复合涂层。
权利要求
1、碳/碳复合材料碳化硅/磷酸铝防氧化复合涂层制备方法，其特征在于1)碳/碳复合材料的预处理取市售的等温化学气相渗透法制成的密度为1.72g/cm3的2D-碳/碳复合材料，将其加工成10×10×10mm3的形状，并对其进行打磨倒角的表面处理，然后用蒸馏水清洗干净，置于烘箱中烘干；2)碳化硅内涂层的制备取300目的硅粉、石墨粉及MgO粉，按Si粉石墨粉MgO粉＝4-911质量比配制包埋粉料，然后将碳/碳复合材料放入石墨坩埚，并埋入包埋粉料中，将石墨坩埚放入石墨作加热体的立式真空炉中，抽真空使真空度达到0.09MPa，通氩气至常压后再抽真空，重复三次，随后控制立式真空炉的升温速度为10℃/min，将炉温从室温升至2000℃后保温2h，随后以10℃/min的速度降至室温，整个过程通氩气保护，开炉后打开坩埚，从粉体中取出碳/碳复合材料，清洗干净后获得碳/碳复合材料碳化硅内涂层；3)磷酸铝外涂层的制备将磷酸铝加入到异丙醇中磁力搅拌24h，再超声波振荡15min，随后加入碘再磁力搅拌24h，制成磷酸铝含量为20-50g/L，碘含量为0.6-0.9g/L的悬浮液，将该悬浮液置于水热釜内，控制填充比为60-70％，水热釜阳极选用20×10×3mm3的碳基体，阴极选用一次包埋涂层的碳/碳复合材料，密封水热釜并将其置于恒温烘箱中，调恒压120-220V，温度为80-200℃、进行15-60min的水热电泳沉积，沉积完成后取出试样，置于50-100℃的恒温干燥箱内干燥后即得到碳/碳复合材料碳化硅/磷酸铝防氧化复合涂层。
全文摘要
碳/碳复合材料碳化硅/磷酸铝防氧化复合涂层制备方法，取2D-碳/碳复合材料，对其进行打磨倒角的表面处理，然后用蒸馏水清洗干净烘干；取硅粉、石墨粉及MgO粉配制包埋粉料，然后将碳/碳复合材料放入石墨坩埚，并埋入包埋粉料中，在立式真空炉中加热获得具有碳化硅包埋层的碳/碳复合材料；量取磷酸铝的异丙醇荷电悬浮液，将该悬浮液置于水热釜内，进行水热电泳沉积，沉积完成后取出试样，干燥后即得到碳/碳复合材料碳化硅/磷酸铝防氧化复合涂层。本发明能够制备出抗氧化效果较好的复合涂层，在1500℃进行恒温氧化200h后，氧化失重小于0.5％；而且本发明制备工艺简单，成本低，实施容易，不需要后期的晶化热处理。
文档编号C04B41/89GK101386552SQ200810231998
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月29日 优先权日2008年10月29日
发明者吴建鹏, 夏昌奎, 曹丽云, 曾燮榕, 李贺军, 杨文冬, 殷立雄, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学