缺陷。由圖3可見，該涂層整體致密，沒有貫穿性裂紋，為三明治結(jié)構(gòu)。由圖3(b)可以看出，最內(nèi)層較為致密，含有較少的微孔和大量的SiC納米線；由圖3(c)可以看出，中間層較為疏松，含有較多的孔洞和SiC納米線，涂層中的SiC納米線取向隨機，分布均勻。由圖4可知，SiC納米線增韌SiC涂層C/C復(fù)合材料的抗氧化能力顯著提高，在1400°C靜態(tài)空氣中氧化420小時，失重僅為0.48%。
[0023]實施例3
將密度為1.75g/cm3的C/C復(fù)合材料加工成20 XlOX 5mm3的試樣，依次用800號、1000號砂紙打磨后用蒸餾水超聲洗滌干凈，于120°C烘箱中烘干后，浸泡于質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15%的硝酸鎳水溶液中，直至試樣表面沒有氣泡，取出試樣后在80°C烘箱中烘干，作為沉積基體。
[0024]用一束碳纖維將浸泡后的C/C復(fù)合材料捆扎后懸掛于立式化學(xué)氣相沉積爐沉積區(qū)域中。將沉積爐抽真空至lkPa，保真空30分鐘確定沉積爐密封性能完好，再通氬氣至常壓，此過程重復(fù)三次。然后以12°C/min的速率將沉積爐升溫至以1200°C，升溫過程中以200SCCm的流量向沉積爐中通氬氣保護(hù)，出氣口保持打開狀態(tài)，沉積爐堂內(nèi)保持為常壓狀態(tài)。到溫后，向裝有甲基三氯硅烷的鼓泡瓶中通入載氣氫氣，流量為200SCCm，將反應(yīng)氣源甲基三氯硅烷帶入爐堂內(nèi)，同時調(diào)節(jié)稀釋氬氣及稀釋氫氣流量分別為500sCCm和600SCCm，進(jìn)入恒溫區(qū)反應(yīng)30分鐘制備SiC納米線后，關(guān)閉稀釋氫氣、載氣氫氣和反應(yīng)氣源。隨后打開真空栗，持續(xù)抽真空且保持爐內(nèi)壓力為lkPa，同時以5°C/min的速率降溫至1100°C，到溫后，再次打開并調(diào)節(jié)鼓泡氫氣、稀釋氫氣和稀釋氬氣流量分別為150sccm、3000sccm和800sccm進(jìn)行SiC涂層的沉積，沉積過程中爐內(nèi)壓力始終保持lkPa，在該溫度下繼續(xù)沉積180分鐘后，關(guān)閉氫氣、三氯甲基硅烷，程序控制以5°C/min的速率降溫，降溫過程中保持稀釋氬氣流量為200sCCm，保持爐內(nèi)壓力為lkPa，降至室溫后取出試樣，即可得到SiC納米線增韌SiC涂層C/C復(fù)合材料試樣。
[0025]氧化實驗表明:該SiC納米線增韌SiC涂層在1400°C靜態(tài)空氣下可有效防護(hù)C/C基體長達(dá)380小時。
[0026]實施例4
將密度為1.75g/cm3的C/C復(fù)合材料加工成20 XlOX 5mm3的試樣，依次用800號、1000號砂紙打磨后用蒸餾水超聲洗滌干凈，于120°C烘箱中烘干后，浸泡于質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15%的硝酸鎳水溶液中，直至試樣表面沒有氣泡，取出試樣后在80°C烘箱中烘干，作為沉積基體。
[0027]用一束碳纖維將浸泡后的C/C復(fù)合材料捆扎后懸掛于立式化學(xué)氣相沉積爐沉積區(qū)域中。將沉積爐抽真空至lkPa，保真空30分鐘確定沉積爐密封性能完好，再通氬氣至常壓，此過程重復(fù)三次。然后以12°C/min的速率將沉積爐升溫至以1200°C，升溫過程中以200SCCm的流量向沉積爐中通氬氣保護(hù)，出氣口保持打開狀態(tài)，沉積爐堂內(nèi)保持為常壓狀態(tài)。到溫后，向裝有甲基三氯硅烷的鼓泡瓶中通入載氣氫氣，流量為50SCCm，將反應(yīng)氣源甲基三氯硅烷帶入爐堂內(nèi)，同時調(diào)節(jié)稀釋氬氣及稀釋氫氣流量分別為SOOsccm和lOOsccm，進(jìn)入恒溫區(qū)反應(yīng)10分鐘制備SiC納米線后，關(guān)閉稀釋氫氣、載氣氫氣和反應(yīng)氣源。隨后打開真空栗，持續(xù)抽真空且保持爐內(nèi)壓力為lkPa，同時以5°C/min的速率降溫至1100°C，到溫后，再次打開并調(diào)節(jié)鼓泡氫氣、稀釋氫氣和稀釋氬氣流量分別為200sccm、2500sccm和200sccm進(jìn)行SiC涂層的沉積，沉積過程中爐內(nèi)壓力始終保持lkPa，在該溫度下繼續(xù)沉積240分鐘后，關(guān)閉氫氣、三氯甲基硅烷，程序控制以5°C/min的速率降溫，降溫過程中保持稀釋氬氣流量為200sCCm，保持爐內(nèi)壓力為lkPa，降至室溫后取出試樣，即可得到SiC納米線增韌SiC涂層C/C復(fù)合材料試樣。
[0028]實施例5
將密度為1.75g/cm3的C/C復(fù)合材料加工成20 XlOX 5mm3的試樣，依次用800號、1000號砂紙打磨后用蒸餾水超聲洗滌干凈，于120°C烘箱中烘干后，浸泡于質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15%的硝酸鎳水溶液中，直至試樣表面沒有氣泡，取出試樣后在80°C烘箱中烘干，作為沉積基體。
[0029]用一束碳纖維將浸泡后的C/C復(fù)合材料捆扎后懸掛于立式化學(xué)氣相沉積爐沉積區(qū)域中。將沉積爐抽真空至lkPa，保真空30分鐘確定沉積爐密封性能完好，再通氬氣至常壓，此過程重復(fù)三次。然后以12°C/min的速率將沉積爐升溫至以1200°C，升溫過程中以200SCCm的流量向沉積爐中通氬氣保護(hù)，出氣口保持打開狀態(tài)，沉積爐堂內(nèi)保持為常壓狀態(tài)。到溫后，向裝有甲基三氯硅烷的鼓泡瓶中通入載氣氫氣，流量為150sccm,將反應(yīng)氣源甲基三氯硅烷帶入爐堂內(nèi)，同時調(diào)節(jié)稀釋氬氣及稀釋氫氣流量分別為500sCCm和300sCCm，進(jìn)入恒溫區(qū)反應(yīng)120分鐘制備SiC納米線后，關(guān)閉稀釋氫氣、載氣氫氣和反應(yīng)氣源。隨后打開真空栗，持續(xù)抽真空且保持爐內(nèi)壓力為lkPa，同時以5°C/min的速率降溫至1100°C，到溫后，再次打開并調(diào)節(jié)鼓泡氫氣、稀釋氫氣和稀釋氬氣流量分別為50sccm、500sccm和200sccm進(jìn)行SiC涂層的沉積，沉積過程中爐內(nèi)壓力始終保持lkPa，在該溫度下繼續(xù)沉積60分鐘后，關(guān)閉氫氣、三氯甲基硅烷，程序控制以5°C/min的速率降溫，降溫過程中保持稀釋氬氣流量為200sCCm，保持爐內(nèi)壓力為lkPa，降至室溫后取出試樣，即可得到SiC納米線增韌SiC涂層C/C復(fù)合材料試樣。
[0030]本發(fā)明涉及一種C/C復(fù)合材料表面SiC納米線增韌SiC陶瓷涂層的制備方法，采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法一步原位制備SiC納米線增韌SiC陶瓷涂層，可有效解決C/C復(fù)合材料表面SiC陶瓷涂層在實際使用過程中易開裂的問題。
[0031]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種C/C復(fù)合材料表面SiC納米線增韌SiC陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:將C/C復(fù)合材料基體試樣打磨拋光后用蒸餾水洗滌干凈，在烘箱中烘干； 步驟二:將烘干的試樣置于硝酸鎳水溶液中，浸泡至表面沒有氣泡產(chǎn)生，取出試樣在烘箱中烘干； 步驟三:用一束碳纖維將經(jīng)過步驟二處理的試樣捆綁后懸掛于立式氣相沉積爐中； 步驟四:將沉積爐抽真空至lkPa，保持真空30分鐘，確定立式氣相沉積爐不漏氣，再通氬氣至常壓，此步驟重復(fù)三次； 步驟五:通電升溫，升溫過程中通氬氣保護(hù)，當(dāng)爐溫升到首個沉積溫度后，在裝有甲基三氯硅烷的鼓泡瓶中通入載氣氫氣，再將甲基三氯硅烷帶入爐內(nèi)，同時通入稀釋氬氣、稀釋氫氣;并調(diào)節(jié)稀釋氬氣、稀釋氫氣和載氣氫氣的流量值，在預(yù)定的首個沉積溫度下沉積后，關(guān)閉稀釋氫氣、載氣氫氣和甲基三氯硅烷，在C/C復(fù)合材料基體試樣表面獲得SiC納米線； 步驟六:打開真空栗，持續(xù)抽真空且保持爐內(nèi)壓力為lkPa，待爐內(nèi)溫度到達(dá)第二個預(yù)定溫度后，在裝有甲基三氯硅烷的鼓泡瓶中通入載氣氫氣，再將甲基三氯硅烷帶入爐內(nèi)，同時通入稀釋氬氣、稀釋氫氣;并調(diào)節(jié)稀釋氬氣、稀釋氫氣和載氣氫氣的流量值進(jìn)行SiC涂層的沉積，沉積過程中爐內(nèi)壓力保持不變，在該溫度下繼續(xù)沉積，沉積后關(guān)閉稀釋氫氣、載氣氫氣和甲基三氯硅烷，同時控溫冷卻，降溫過程中依然保持爐內(nèi)壓力lkPa，且在降溫過程中持續(xù)通入氬氣保護(hù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的C/C復(fù)合材料表面SiC納米線增韌SiC陶瓷涂層的制備方法，其特征在于:所述C/C復(fù)合材料基體試樣為多孔的C/C復(fù)合材料，密度為1.68?1.75g/cm3，試樣尺寸為20 X 10 X 5mm3。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的C/C復(fù)合材料表面SiC納米線增韌SiC陶瓷涂層的制備方法，其特征在于:所述步驟一中，將C/C復(fù)合材料基體試樣打磨拋光依次采用800號、1000號砂紙進(jìn)行。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的C/C復(fù)合材料表面SiC納米線增韌SiC陶瓷涂層的制備方法，其特征在于:所述步驟二中，硝酸鎳水溶液中硝酸鎳的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%?20%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的C/C復(fù)合材料表面SiC納米線增韌SiC陶瓷涂層的制備方法，其特征在于:所述步驟四中，保持真空時當(dāng)真空表無變化，則說明爐體不漏氣，密封完好。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的C/C復(fù)合材料表面SiC納米線增韌SiC陶瓷涂層的制備方法，其特征在于:所述步驟五中，首個沉積溫度為1050°C?1200°C，沉積時間為10分鐘?120分鐘，所述稀釋氬氣、稀釋氫氣和載氣氫氣的流量分別為200?800 s c cm、100?600 sc cm和50?200sccmo7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的C/C復(fù)合材料表面SiC納米線增韌SiC陶瓷涂層的制備方法，其特征在于:所述步驟六中，第二個沉積溫度為1100°C?1200°C，沉積時間為60分鐘?240分鐘，所述稀釋氬氣、稀釋氫氣和載氣氫氣的流量分別為200?800sccm、500?3000sccn^P50?200sccm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的C/C復(fù)合材料表面SiC納米線增韌SiC陶瓷涂層的制備方法，其特征在于:所述氫氣和氬氣純度都大于99.99%。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的C/C復(fù)合材料表面SiC納米線增韌SiC陶瓷涂層的制備方法，其特征在于:所述甲基三氯硅烷的含量大于98%，并通過氫氣鼓泡的方式將其帶入立式氣相沉積爐內(nèi)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種C/C復(fù)合材料表面SiC納米線增韌SiC陶瓷涂層的制備方法，將打磨拋光干燥后的C/C復(fù)合材料置于沉積爐中，通電升溫至預(yù)定溫度后，向裝有甲基三氯硅烷的鼓泡瓶中通入載氣氫氣，將反應(yīng)氣源帶入爐堂內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，先得到SiC納米線；再升溫至預(yù)設(shè)溫度后，進(jìn)行SiC涂層的沉積，沉積結(jié)束后降溫，即可得到SiC涂層；本發(fā)明采用一步CVD法原位制備具有三明治結(jié)構(gòu)的致密SiC納米線增韌SiC涂層，通過SiC納米線的增韌作用，降低了SiC涂層的開裂趨勢，抗氧化能力提升顯著，所制備的陶瓷涂層C/C復(fù)合材料在1400℃靜態(tài)空氣中氧化420小時失重僅為0.48%，本發(fā)明工藝過程簡單易實現(xiàn)，解決了現(xiàn)有方法制備的SiC納米線增韌SiC陶瓷涂層工藝復(fù)雜，效果不顯著的問題。
【IPC分類】C04B41/87
【公開號】CN105541412
【申請?zhí)枴緾N201610053565
【發(fā)明人】強新發(fā), 王章忠, 巴志新, 章曉波, 張保森
【申請人】南京工程學(xué)院
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月27日