CN116332676B - 碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层及其制备方法，制备方法包括：预处理C/C复合材料，并采用二次包埋法制备SiC内涂层；采用溶胶‑凝胶法制备SiB6@Al2O3核壳粉体并将其溶解在异丙醇中，加入碘配置成电沉积悬浮液；以石墨基体为阳极，以C/C‑SiC为阴极，采用脉冲电弧放电沉积法制备SiB6@Al2O3外涂层；热浸渍法制备Glass玻璃层，得到C/C‑SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层，SiB6@Al2O3壳体材料可以在涂层结构中起到增韧作用，可以使该涂层在中温阶段具有良好的自愈合及增韧能力，表现出良好的抗氧化性能。
Description
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，涉及碳/碳复合材料抗氧化涂层材料，具体涉及一种碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层及其制备方法。
背景技术
碳/碳复合材料(C/C)是碳纤维增强碳基复合材料，具有一系列优良的性能，可广泛应用于航空航天结构材料领域。但是碳/碳复合材料在超过500℃的氧化性气氛下极易被氧化，且氧化对其性能影响显著。抗氧化涂层技术是为其提供抗氧化保护的有效途径。
但大多数涂层材料仅能在较窄温度范围内形成可填封涂层缺陷的玻璃相，无法兼顾中高温宽温域的抗氧化保护，涂层在严酷环境中产生的裂纹无法有效愈合，所以制备中高温宽温域抗氧化涂层在未来的应用上具有巨大的潜力。SiB6的初始氧化温度为600℃，然后在高于800℃的温度下形成液态SiO2·B2O3(硼硅酸盐玻璃)。液态硼硅酸盐玻璃在氧化过程中会流动并修复涂层中的裂纹，达到保护C/C复合材料的作用。但SiB6起始氧化温度较低，前期大量氧化挥发，使得其在抗氧化中温域(1000～1500℃)愈合效果降低，从而使C/C基体被破坏。如何避免SiB6前期大量氧化挥发，是解决其在抗氧化中温域，无法有效发挥阻氧作用的关键问题。核/壳型复合结构纳米粒子是由一种纳米材料通过化学键或者其他相互作用，将另一种纳米材料包裹起来形成的纳米尺度的有序组装结构，这种结构可以赋予单一纳米粒子无法得到的许多新性能。本发明拟设计一种Al2O3包覆SiB6的核壳结构，Al2O3作为合适的壳层物质保护SiB6，减少早期氧化挥发，即SiB6@Al2O3。此前从未有过Al2O3包覆SiB6的核壳结构的报道，是一种创新型结构设计。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层及其制备方法，采用脉冲电弧放电沉积法，制备出在中温阶段具有良好的自愈合及增韧能力，表现出良好的抗氧化性能的SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将C/C复合材料打磨、清洗、烘干处理；
步骤二、将C/C复合材料均匀包埋于由包埋粉料填充的石墨坩埚中，在2000～2400℃的氩气气氛下保温2～8h，一次包埋后重复上述操作进行二次包埋，得到C/C-SiC复合材料；
所述的包埋粉料由硅粉、碳粉、促渗剂按照质量比5：(1～2)：(0.5～1.0)组成，一次包埋以Al2O3为促渗剂，二次包埋以B2O3为促渗剂；
步骤三、按物质的量之比1：(2～4)取SiB6和Al2O3，加水搅拌得到悬浮液a；量取浓度为0.1mol/L的氨水，逐滴加入悬浮液a调节pH值至7～8，并充分搅拌得到溶胶b；将溶胶b抽滤干燥后得到凝胶c，再经研磨、过筛得到SiB6@Al2O3核壳粉体；
步骤四、取SiB6@Al2O3核壳粉体加入异丙醇中，充分搅拌得到浓度为30～50g/L的悬浮液，加入碘，持续搅拌24～36h，得到碘浓度为1～3g/L的电沉积悬浮液；
步骤五、将步骤二制备的C/C-SiC复合材料固定在电沉积反应釜阴极，以石墨基体为阳极材料，将步骤四制备的电沉积悬浮液加至电沉积反应釜内衬中，调节工艺参数:沉积电压350～550V，占空比50～70％，温度80～120℃，沉积时间20min～40min，脉冲频率2000Hz，沉积完毕后，关闭电源，断开导线，取出试样后在干燥，得到SiB6@Al2O3外涂层；
步骤六、将玻璃粉体按照质量体积比1:(10～15)加入至硅溶胶和水按体积比1：(3～5)配置的混合溶液中，超声震荡、并磁力搅拌至充分混匀，得到浸渍液；
将C/C-SiC/SiB6@Al2O3试样在150～200℃温度下保温10～15min后，用镊子夹取试样放入浸渍液中，冷却后放入乙醇溶液中超声清洗，重复以上操作30～50次，最后将试样烘干即可得到C/C-SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层。
优选的，步骤一所述的打磨为依次用400目、800目、1500目的砂纸打磨除去其表面棱角；
所述的清洗为使用乙醇超声清洗30～60min；
所述的烘干为将样品置于鼓风干燥箱中设置温度为60～70℃，烘干3～5h。
优选的，步骤三中所述的悬浮液a的制备方法包括每0.1g SiB6对应加入30～40mLH2O，搅拌1-2h。
优选的，步骤三和步骤四中所述的充分搅拌为搅拌12～24h；步骤三中所述的干燥为300～400℃干燥1～2h。
优选的，步骤三中所述的过筛目数为100～120目。
优选的，步骤五中所述的干燥为在烘箱中60℃干燥2h。
优选的，步骤六中所述的玻璃粉体由SiO2、B2O3、Al2O3按质量比70：(30～40):(3～5)混合得到。
优选的，步骤六中所述的超声震荡时间为30～60min，磁力搅拌时间为60～90min。
优选的，步骤六中所述的超声清洗时间为3-5min。
本发明还保护一种如上所述的方法制备的碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明以Al2O3作为壳层物质保护SiB6，制备具有核壳结构的SiB6@Al2O3涂层，减少SiB6早期氧化挥发，到达中温区域(1000～1500℃)Al2O3壳层逐渐破裂，核心SiB6流出形成硼硅酸盐玻璃定向愈合裂纹，核体材料愈合裂纹的同时，壳体材料还可以在涂层结构中起到增韧作用，可以使该涂层在中温阶段具有良好的自愈合及增韧能力，该材料在1300℃环境下经历400h，失重率仅为1.013％，表现出良好的抗氧化性能；
本发明使用脉冲电弧放电沉积法将涂层的沉积和烧结同时进行，并且在较低温度下进行避免传统高温涂层制备中的相变和缺陷，该方法可在表面结构复杂基体和异形基体表面制备涂层，且沉积过程是非线性的，能够高效沉积复相涂层和多层梯度涂层；脉冲电弧放电沉积法方法简单，成本低，工艺成熟，并且能够有效调控涂层成分、厚度、密度等等，具有制备高稳定性目标涂层的条件。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的SiB6@Al2O3核壳材料的扫描电镜(SEM)图；
图2为本发明实施例1制备的SiB6@Al2O3核壳材料的X-射线衍射(XRD)图谱；
图3为本发明实施例1制备的C/C-SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层材料的扫描电镜(SEM)图；
图4为本发明实施例1制备的C/C-SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层材料的X-射线衍射(XRD)图谱；
图5为本发明实施例1制备的C/C-SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层材料1300℃下的氧化失重曲线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。
实施例1
步骤一、将密度为1.701g/cm3的C/C复合材料切割成10mm*10mm*10mm的块体，并用400目、800目、1500目的砂纸打磨除去其表面棱角，使用乙醇超声清洗30min，将样品置于鼓风干燥箱中设置温度为60℃，烘干3h后取出备用；
步骤二、二次包埋法制备SiC内涂层：将C/C复合材料均匀埋于由粉料填充的石墨坩埚中，在2100℃的氩气气氛下保温2h；
包埋粉料由硅粉、碳粉、促渗剂按照质量比5：1：1组成，一次包埋以Al2O3为促渗剂，二次包埋以B2O3为促渗剂，经过二次包埋后即可得到C/C-SiC复合材料；
步骤三、溶胶-凝胶法制备SiB6@Al2O3核壳粉体：称取0.1g SiB6，0.80gAl(NO3)3·9H2O至烧杯中，加入30毫升H2O磁力搅拌1h得到悬浮液a，量取10mL浓度为0.1mol/L的氨水，逐滴加入调节悬浮液pH值为7，并搅拌12h即可得到溶胶b，将溶胶b抽滤后经300℃干燥1h即可得到凝胶c，再经研磨、过100目筛即可得到SiB6@Al2O3核壳粉体；
步骤四、电沉积悬浮液的配制：取SiB6@Al2O3核壳粉体至异丙醇中，搅拌12h，得到浓度为30g/L的悬浮液，加入0.17g碘，搅拌24h，得到碘浓度为1g/L的电沉积液；
步骤五、脉冲电弧放电沉积法制备SiB6@Al2O3外涂层：将C/C-SiC固定在反应釜阴极，阳极材料采用20mm*10mm*3mm的石墨基体，电沉积液加至反应釜内衬中，填充比为60％，调节工艺参数：沉积电压350V，占空比50％，温度100℃，沉积时间20min，脉冲频率2000Hz，沉积完毕，关闭电源，断开导线，取出试样后在60℃的烘箱中干燥2h，即可得到SiB6@Al2O3外涂层；
步骤六、热浸渍法制备Glass玻璃层：玻璃粉体由SiO2、B2O3、Al2O3按质量比70：35：4混合得到，照质量体积比1g:10ml将玻璃粉体加入至按体积比1：3配置的硅溶胶和水的混合溶液中，超声震荡30min，并磁力搅拌60min即可得到浸渍液，将C/C-SiC/SiB6@Al2O3试样在200℃温度下保温10min后，用镊子夹取试样放入浸渍液中，冷却后放入乙醇溶液中超声清洗3min，重复以上操作45次，最后将试样烘干即可得到C/C-SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层。
图1为本发明实施例1制备的SiB6@Al2O3核壳材料的扫描电镜(SEM)图，从SEM图中可以清楚地看到SiB6呈不规则块状，Al2O3壳层具有一定厚度均匀分布在SiB6表面，壳层厚度均一，结构致密，且无裸露区域，包覆效果良好；
图2为本发明实施例1制备的SiB6@Al2O3核壳材料的X-射线衍射(XRD)图谱，从XRD图谱中可以看出其对应标准卡片为86-1410的Al2O3，78-2336的SiB6，35-0337的SiB4，符合核壳物相组成；
图3为本发明实施例1制备的C/C-SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层材料的扫描电镜(SEM)图，从SEM图中可以清楚地看到涂层表面致密均匀，孔隙率低，没有明显缺陷；
图4为本发明实施例1制备的C/C-SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层材料的X-射线衍射(XRD)图谱，从XRD图谱中可以看到其对应标准卡片为82-1573的SiO2，72-0626的B2O3，99-0036的Al2O3，41-0612的MoSi2，符合涂层表面物相组成；
图5为本发明实施例1制备的C/C-SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层材料1300℃下的氧化失重曲线，从氧化失重曲线可以看到，试样在1300℃环境下400h失重率仅为1.013％，抗氧化效果良好。
实施例2
步骤一、将密度为1.701g/cm3的C/C复合材料切割成10mm*10mm*10mm的块体，并用400目、800目、1500目的砂纸打磨除去其表面棱角，使用乙醇超声清洗30min，将样品置于鼓风干燥箱中设置温度为60℃，烘干3h后取出备用；
步骤二、二次包埋法制备SiC内涂层：将C/C复合材料均匀埋于由粉料填充的石墨坩埚中，在2100℃的氩气气氛下保温2h；
包埋粉料由硅粉、碳粉、促渗剂按照质量比5：2：0.5组成，一次包埋以Al2O3为促渗剂，二次包埋以B2O3为促渗剂，经过二次包埋后即可得到C/C-SiC复合材料；
步骤三、溶胶-凝胶法制备SiB6@Al2O3核壳粉体：称取1.2g SiB6，9.67gAl(NO3)3·9H2O至烧杯中，加入360毫升H2O磁力搅拌1h得到悬浮液a，量取30mL浓度为0.1mol/L的氨水，逐滴加入调节悬浮液pH值为8，并搅拌12h即可得到溶胶b，将溶胶b抽滤后经300℃干燥2h即可得到凝胶c，再经研磨、过150目筛即可得到SiB6@Al2O3核壳粉体；
步骤四、电沉积悬浮液的配制：取SiB6@Al2O3核壳粉体至异丙醇中，搅拌12h，得到浓度为30g/L的悬浮液，加入0.34g碘，搅拌24h，得到碘浓度为2g/L的电沉积液；
步骤五、脉冲电弧放电沉积法制备SiB6@Al2O3外涂层：将C/C-SiC固定在反应釜阴极，阳极材料采用20mm*10mm*3mm的石墨基体，电沉积液加至反应釜内衬中，填充比为65％，调节工艺参数：沉积电压350V，占空比50％，温度100℃，沉积时间20min，脉冲频率2000Hz，沉积完毕，关闭电源，断开导线，取出试样后在60℃的烘箱中干燥2h，即可得到SiB6@Al2O3外涂层；
步骤六、热浸渍法制备Glass玻璃层：玻璃粉体玻璃粉体由SiO2、B2O3、Al2O3按质量比70：30：3混合得到，照质量体积比1g:15ml将玻璃粉体加入至按体积比1：5配置的硅溶胶和水的混合溶液中，超声震荡30min，并磁力搅拌60min即可得到浸渍液，将C/C-SiC/SiB6@Al2O3试样在200℃温度下保温10min后，用镊子夹取试样放入浸渍液中，冷却后放入乙醇溶液中超声清洗5min，重复以上操作45次，最后将试样烘干即可得到C/C-SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层。
实施例3
步骤一、将密度为1.701g/cm3的C/C复合材料切割成10mm*10mm*10mm的块体，并用400目、800目、1500目的砂纸打磨除去其表面棱角，使用乙醇超声清洗40min，将样品置于鼓风干燥箱中设置温度为70℃，烘干4h后取出备用；
步骤二、二次包埋法制备SiC内涂层：将C/C复合材料均匀埋于由粉料填充的石墨坩埚中，在2000℃的氩气气氛下保温8h；
包埋粉料由硅粉、碳粉、促渗剂按照质量比5：1：0.5组成，一次包埋以Al2O3为促渗剂，二次包埋以B2O3为促渗剂，经过二次包埋后即可得到C/C-SiC复合材料；
步骤三、溶胶-凝胶法制备SiB6@Al2O3核壳粉体：称取2.4g SiB6，19.37gAl(NO3)3·9H2O至烧杯中，加入720毫升H2O磁力搅拌1.5h得到悬浮液a；量取50mL浓度为0.1mol/L的氨水，逐滴加入调节悬浮液pH值为7.5，并搅拌18h即可得到溶胶b，将溶胶b抽滤后经350℃干燥1.5h即可得到凝胶c，再经研磨、过200目筛即可得到SiB6@Al2O3核壳粉体；
步骤四、电沉积悬浮液的配制：取SiB6@Al2O3核壳粉体至异丙醇中，搅拌12h，得到浓度为50g/L的悬浮液，加入0.51g碘，搅拌24h，得到碘浓度为3g/L的电沉积液；
步骤五、脉冲电弧放电沉积法制备SiB6@Al2O3外涂层：将C/C-SiC固定在反应釜阴极，阳极材料采用20mm*10mm*3mm的石墨基体，电沉积液加至反应釜内衬中，填充比为70％，调节工艺参数：沉积电压500V，占空比70％，温度80℃，沉积时间40min，脉冲频率2000Hz，沉积完毕，关闭电源，断开导线，取出试样后在60℃的烘箱中干燥2h，即可得到SiB6@Al2O3外涂层；
步骤六、热浸渍法制备Glass玻璃层：玻璃粉体由SiO2、B2O3、Al2O3按质量比70：40：5混合得到，照质量体积比1g：12ml将玻璃粉体加入至按体积比1：4配置的硅溶胶和水的混合溶液中，超声震荡50min，并磁力搅拌90min即可得到浸渍液，将C/C-SiC/SiB6@Al2O3试样在150℃温度下保温15min后，用镊子夹取试样放入浸渍液中，冷却后放入乙醇溶液中超声清洗4min，重复以上操作50次，最后将试样烘干即可得到C/C-SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层。
实施例4
步骤一、将密度为1.701g/cm3的C/C复合材料切割成10mm*10mm*10mm的块体，并用400目、800目、1500目的砂纸打磨除去其表面棱角，使用乙醇超声清洗50min，将样品置于鼓风干燥箱中设置温度为65℃，烘干5h后取出备用；
步骤二、二次包埋法制备SiC内涂层：将C/C复合材料均匀埋于由粉料填充的石墨坩埚中，在2400℃的氩气气氛下保温3h；
包埋粉料由硅粉、碳粉、促渗剂按照质量比5：1.5：0.8组成，一次包埋以Al2O3为促渗剂，二次包埋以B2O3为促渗剂，经过二次包埋后即可得到C/C-SiC复合材料；
步骤三、溶胶-凝胶法制备SiB6@Al2O3核壳粉体：称取2.8g SiB6，22.60gAl(NO3)3·9H2O至烧杯中，加入840毫升H2O磁力搅拌1h得到悬浮液a，量取60mL浓度为0.1mol/L的氨水，逐滴加入调节悬浮液pH值为8，并搅拌24h即可得到溶胶b，将溶胶b抽滤后经，400℃干燥1h即可得到凝胶c，再经研磨、过100目筛即可得到SiB6@Al2O3核壳粉体；
步骤四、电沉积悬浮液的配制：取SiB6@Al2O3核壳粉体至异丙醇中，搅拌12h，得到浓度为40g/L的悬浮液，加入0.17g碘，搅拌24h，得到碘浓度为1g/L的电沉积液；
步骤五、脉冲电弧放电沉积法制备SiB6@Al2O3外涂层：将C/C-SiC固定在反应釜阴极，阳极材料采用20mm*10mm*3mm的石墨基体，电沉积液加至反应釜内衬中，填充比为60％，调节工艺参数：沉积电压550V，占空比60％，温度120℃，沉积时间30min，脉冲频率2000Hz，沉积完毕，关闭电源，断开导线，取出试样后在60℃的烘箱中干燥2h，即可得到SiB6@Al2O3外涂层；
步骤六、热浸渍法制备Glass玻璃层：玻璃粉体由SiO2、B2O3、Al2O3按质量比70：38：4混合得到，照质量体积比1g:13ml将玻璃粉体加入至按体积比1：3配置的硅溶胶和水的混合溶液中，超声震荡60min，并磁力搅拌80min即可得到浸渍液，将C/C-SiC/SiB6@Al2O3试样在180℃温度下保温12min后，用镊子夹取试样放入浸渍液中，冷却后放入乙醇溶液中超声清洗5min，重复以上操作30次，最后将试样烘干即可得到C/C-SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层。
实施例5
步骤一、将密度为1.701g/cm3的C/C复合材料切割成10mm*10mm*10mm的块体，并用400目、800目、1500目的砂纸打磨除去其表面棱角，使用乙醇超声清洗60min，将样品置于鼓风干燥箱中设置温度为60℃，烘干5h后取出备用；
步骤二、二次包埋法制备SiC内涂层：将C/C复合材料均匀埋于由粉料填充的石墨坩埚中，在2200℃的氩气气氛下保温5h；
包埋粉料由硅粉、碳粉、促渗剂按照质量比5：1：1组成，一次包埋以Al2O3为促渗剂，二次包埋以B2O3为促渗剂，经过二次包埋后即可得到C/C-SiC复合材料；
步骤三、溶胶-凝胶法制备SiB6@Al2O3核壳粉体：称取3.0g SiB6，24.21gAl(NO3)3·9H2O至烧杯中，加入900毫升H2O磁力搅拌2h得到悬浮液a，量取70mL浓度为0.1mol/L的氨水，逐滴加入调节悬浮液pH值为8，并搅拌16h即可得到溶胶b，将溶胶b抽滤后经400℃干燥1h即可得到凝胶c，再经研磨、过100目筛即可得到SiB6@Al2O3核壳粉体；
步骤四、电沉积悬浮液的配制：取SiB6@Al2O3核壳粉体至异丙醇中，搅拌12h，得到浓度为30g/L的悬浮液，加入0.51g碘，搅拌36h，得到碘浓度为3g/L的电沉积液；
步骤五、脉冲电弧放电沉积法制备SiB6@Al2O3外涂层：将C/C-SiC固定在反应釜阴极，阳极材料采用20mm*10mm*3mm的石墨基体，电沉积液加至反应釜内衬中，填充比为60％，调节工艺参数：沉积电压400V，占空比70％，温度100℃，沉积时间20min，脉冲频率2000Hz，沉积完毕，关闭电源，断开导线，取出试样后在60℃的烘箱中干燥2h，即可得到SiB6@Al2O3外涂层；
步骤六、热浸渍法制备Glass玻璃层：玻璃粉体由SiO2、B2O3、Al2O3按质量比70：35：4混合得到，照质量体积比1g:10ml将玻璃粉体加入至按体积比1：3配置的硅溶胶和水的混合溶液中，超声震荡40min，并磁力搅拌80min即可得到浸渍液，将C/C-SiC/SiB6@Al2O3试样在200℃温度下保温10min后，用镊子夹取试样放入浸渍液中，冷却后放入乙醇溶液中超声清洗3min，重复以上操作45次，最后将试样烘干即可得到C/C-SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下所做出的多种变化、修改、替换和变型均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将C/C复合材料打磨、清洗、烘干处理；
步骤二、将C/C复合材料均匀包埋于由包埋粉料填充的石墨坩埚中，在2000～2400℃的氩气气氛下保温2～8h，一次包埋后重复上述操作进行二次包埋，得到C/C-SiC复合材料；
所述的包埋粉料由硅粉、碳粉、促渗剂按照质量比5：(1～2)：(0.5～1.0)组成，一次包埋以Al2O3为促渗剂，二次包埋以B2O3为促渗剂；
步骤三、按物质的量之比1：(2～4)取SiB6和Al2O3，加水搅拌得到悬浮液a；量取浓度为0.1mol/L的氨水，逐滴加入悬浮液a调节pH值至7～8，并充分搅拌得到溶胶b；将溶胶b抽滤干燥后得到凝胶c，再经研磨、过筛得到SiB6@Al2O3核壳粉体；
步骤四、取SiB6@Al2O3核壳粉体加入异丙醇中，充分搅拌得到浓度为30～50g/L的悬浮液，加入碘，持续搅拌24～36h，得到碘浓度为1～3g/L的电沉积悬浮液；
步骤五、将步骤二制备的C/C-SiC复合材料固定在电沉积反应釜阴极，以石墨基体为阳极材料，将步骤四制备的电沉积悬浮液加至电沉积反应釜内衬中，调节工艺参数:沉积电压350～550V，占空比50～70％，温度80～120℃，沉积时间20min～40min，脉冲频率2000Hz，沉积完毕后，关闭电源，断开导线，取出试样后在干燥，得到SiB6@Al2O3外涂层；
步骤六、将玻璃粉体按照质量体积比1:(10～15)加入至硅溶胶和水按体积比1：(3～5)配置的混合溶液中，超声震荡、并磁力搅拌至充分混匀，得到浸渍液；
将C/C-SiC/SiB6@Al2O3试样在150～200℃温度下保温10～15min后，用镊子夹取试样放入浸渍液中，冷却后放入乙醇溶液中超声清洗，重复以上操作30～50次，最后将试样烘干即可得到C/C-SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层。
2.如权利要求1所述的碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤一所述的打磨为依次用400目、800目、1500目的砂纸打磨除去其表面棱角；
所述的清洗为使用乙醇超声清洗30～60min；
所述的烘干为将样品置于鼓风干燥箱中设置温度为60～70℃，烘干3～5h。
3.如权利要求1所述的碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的悬浮液a的制备方法包括每0.1g SiB6对应加入30～40mLH2O，搅拌1-2h。
4.如权利要求1所述的碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤三和步骤四中所述的充分搅拌为搅拌12～24h；步骤三中所述的干燥为300～400℃干燥1～2h。
5.如权利要求1所述的碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的过筛目数为100～120目。
6.如权利要求1所述的碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤五中所述的干燥为在烘箱中60℃干燥2h。
7.如权利要求1所述的碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤六中所述的玻璃粉体由SiO2、B2O3、Al2O3按质量比70：(30～40):(3～5)混合得到。
8.如权利要求1所述的碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤六中所述的超声震荡时间为30～60min，磁力搅拌时间为60～90min。
9.如权利要求1所述的碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤六中所述的超声清洗时间为3-5min。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的方法制备的碳/碳复合材料SiC/SiB6@Al2O3/Glass复合抗氧化涂层。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991017839A1 (en) * | 1990-05-18 | 1991-11-28 | Bp Chemicals (Hitco) Inc. | Materials for chemical vapor deposition processes |
| WO1997037058A1 (en) * | 1996-04-02 | 1997-10-09 | Advanced Ceramics Corporation | Process for forming pyrolytic sibn coatings |
| CN108658626A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-10-16 | 莱芜亚赛陶瓷技术有限公司 | MoSi2-SiO2-硼硅酸盐耐高温高发射率涂层及其制备方法与应用 |
| CN110092670A (zh) * | 2018-01-31 | 2019-08-06 | 中国科学院金属研究所 | 一种石墨基体上的抗超高温氧化涂层及其制备方法 |
| CN111410548A (zh) * | 2020-03-25 | 2020-07-14 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种SiB6改性的自愈合SiCf/SiC复合材料制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| WO1991017839A1 (en) * | 1990-05-18 | 1991-11-28 | Bp Chemicals (Hitco) Inc. | Materials for chemical vapor deposition processes |
| WO1997037058A1 (en) * | 1996-04-02 | 1997-10-09 | Advanced Ceramics Corporation | Process for forming pyrolytic sibn coatings |
| CN110092670A (zh) * | 2018-01-31 | 2019-08-06 | 中国科学院金属研究所 | 一种石墨基体上的抗超高温氧化涂层及其制备方法 |
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| CN114538964A (zh) * | 2022-03-01 | 2022-05-27 | 西北工业大学 | SiC-Si包覆碳/碳复合材料表面富含MoSi2高温抗氧化涂层及制备方法 |
| CN114591102A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-06-07 | 陕西科技大学 | 一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层及其制备方法 |
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