炭/炭复合材料抗氧化涂层及其制备方法.pdf

本发明涉及涂布液体的工艺，具体是C/C复合材料的低温抗氧化方法，其特征是：选用酒精(化学纯)代替部分蒸馏水做溶剂，按重量百分比将二氧化硅20～40％，磷酸5～25％，磷酸二氢锌40～65％，硼酸1～10％，配制；采用本发明溶胶浸渍炭/炭复合材料，其抗氧化涂层表面未发现裂纹、孔洞等缺陷，涂层与碳结合性好，具有高致密性、高愈合能力；多种高熔点低氧渗透率物质引入提高了涂层抗氧渗透能力，延缓氧气与C/C复合材料接触的时间，从而提高了涂层的抗氧化能力。

权利要求书
1.  炭/炭复合材料抗氧化涂层，其特征在于：选用酒精(化学纯)代替部分蒸馏水做溶剂，按重量百分比将为二氧化硅20～40％，磷酸5～25％(纯度为99％)，磷酸二氢锌40～65％(纯度为99％)，硼酸1～10％(纯度为99％)，配制而成。

2.  炭/炭复合材料抗氧化制备方法，其特征在于：
①制备2～4％硼酸酒精溶液，并加入15～20％体系比的TEOS；
②制备20～50％磷酸水溶液；
③将①、②制备溶液的混合一起搅拌；
④制备5～10％浓度的五硼酸铵水溶液，并与③溶胶混合；
⑤制备35～55％的磷酸二氢锌水溶液；
⑥按1∶1～1∶4体积比将④、⑤混合；
⑦在150℃～200℃烘烤C/C复合材料，然后浸入⑥中24h；
⑧取出浸渍C/C复合材料，自然干燥；
⑨0.5℃/1℃/min升温至150℃～200℃，烘烤1～4h。

说明书炭/炭复合材料抗氧化涂层及其制备方法
技术领域：
本发明涉及涂布液体的工艺，具体是C/C复合材料的低温抗氧化方法。
背景技术：
溶液浸渍法，存在浸渍后的涂层与C/C复合材料的热膨胀系数相差大的现象，参见图1，导致裂纹、孔洞等缺陷产生，降低了涂层的致密性，使得氧分子轻易穿透涂层到达C/C材料表面，与碳发生反应，导致氧化。同时溶液浸渍法难以将多种具有不同功能的成分有效溶解在一种溶液中，在成分调制上有较大的限制，而为了克服此类缺陷，往往需要经过多次浸渍来填充裂纹或调整涂层成分，这不但增加了涂层的厚度，还增加了涂层制备工艺的步骤，从而降低此类涂层的技术、经济优势。
发明内容：
本发明的目的是：克服现有方法的不足之处，提供一种用于炭/炭复合材料抗氧化涂层及其制备方法。该方法可以将多种具有不同功能的涂层成分的原材料有效的混合、溶解在一起，使得涂层前驱体具有较大的选择调配性，尽可能的针对C/C复合材料的性能和使用环境进行调配，从而减少浸渍次数，降低涂层缺陷，提高涂层致密性及其与C/C复合材料的适配性，提高炭/炭复合材料的抗氧化能力。
本发明的技术方案是：
1.炭/炭复合材料抗氧化涂层的组成是：选用酒精(化学纯)代替部分蒸馏水做溶剂，按重量百分比将为二氧化硅20～40％，磷酸5～25％(纯度为99％)，磷酸二氢锌40～65％(纯度为99％)，硼酸1～10％(纯度为99％)，配制而成。
2.对溶胶浸渍涂层的制备
①制备2～4％硼酸酒精溶液，并加入15～20％体系比的TEOS；
②制备20～50％磷酸水溶液；
③将①、②制备溶液的混合一起搅拌；
④制备5～10％浓度的五硼酸铵水溶液，并与③溶胶混合；
⑤制备35～55％地磷酸二氢锌水溶液；
⑥按1∶1～1∶4体积比将④、⑤混合；
⑦在150℃～200℃烘烤C/C复合材料，然后浸入⑥中24h；
⑧取出浸渍C/C复合材料，自然干燥；
⑨0.5℃/1℃/min升温至150℃～200℃，烘烤1～4h。
发明的优点和积极效果：
1.该发明简化了C/C复合材料抗氧化涂层制备工艺，增加涂层前驱体成分，抑制了涂层前驱体成分在溶液状态下的迅速反应，改善了涂层前驱体与C/C复合材料的浸润性。
2.涂层内低熔点物质的引入提高了C/C复合材料涂层自愈合能力，降低了涂层与C/C复合材料热膨胀系数的差别，参见图2，通过SEM观察，溶胶浸渍抗氧化涂层表面未发现裂纹、孔洞等缺陷。涂层与碳结合性好，具有高致密性、高愈合能力。而多种高熔点低氧渗透率物质引入提高了涂层抗氧渗透能力，延缓氧气与C/C复合材料接触的时间，从而提高了涂层的抗氧化能力。
3.单独溶液浸渍或复合溶液浸渍C/C复合材料的650℃、50h氧化失重率19％，而溶胶浸渍制备的样品650℃、50h氧化失重率为1.89％，充分体现了本发明的抗氧化效果的显著。
附图说明：
图1：已有的溶液浸渍法制备的炭/炭复合材料抗氧化涂层的效果图
图2：本发明的溶胶浸渍法制备的炭/炭复合材料抗氧化涂层的效果图
具体实施方式：
实施例1
对溶胶浸渍涂层的制备：
①称取1.5g的硼酸，溶于50ml的无水乙醇中，量取10ml的TEOS溶于1溶液中。
②将30ml 85％的磷酸溶液加入20ml去离子水中稀释。
③将2和3中制取的溶液混合在一起搅拌，制成溶胶。
④将10g五硼酸铵溶解于100ml去离子水中，并将10ml的溶液与3中制取的溶胶混合，搅拌至静置透明。
⑤制备40(wt)％的磷酸二氢锌水溶液。
⑥按1∶1的体积比将4中制取的溶胶与5中溶液混合，搅拌至溶胶透明。
⑦将制备好的C/C复合材料试样在150℃中烘烤2h，迅速浸入制备好的溶胶中，浸渍时间为24h。
⑧取出浸渍过的C/C复合材料试样放在炭毡上，置于干燥箱中自然干燥24h。
⑨将8中的试样放在干燥箱中以0.5℃/min速率逐渐升到180℃烘烤3h之后随炉冷却。
实施例2：
对溶胶浸渍涂层的制备：
①称取1.0g的硼酸，溶于50ml的无水乙醇中，量取10ml的TEOS溶于其中。
②将10ml 85％的磷酸溶液加入20ml去离子水中稀释。
③将2和3中制取的溶液混合在一起，搅拌至透明制成溶胶，静置24h。
④称取10g五硼酸铵溶解于100ml去离子水中，并将10ml溶液加入3中的溶胶中，搅拌至透明。
⑤制备40(wt)％的磷酸二氢锌水溶液。
⑥按2∶3的体积比将4中制取的溶胶与5中溶液混合，搅拌至溶胶透明。
⑦将制备好的C/C复合材料试样在180℃中烘烤2h，迅速浸入制备好的溶胶中，浸渍时间为24h。
⑧取出浸渍过的C/C复合材料试样放在炭毡上，置于干燥箱中自然干燥24h。
⑨将8中的试样放在干燥箱中以0.5℃/min速率逐渐升到180℃烘拷3h，最后随炉冷却。
实施例3：
对溶胶浸渍涂层的制备：
①称取1.5g的硼酸，溶于50ml的无水乙醇中，量取10ml的TEOS溶于其中。
②将10ml 85％的磷酸溶液加入20ml去离子水中稀释。
③将2和3中制取的溶液混合在一起，搅拌至透明制成溶胶。
④称取10g五硼酸铵溶解于100ml去离子水中，并将10ml溶液加入3中的溶胶中，搅拌至透明。
⑤制备40(wt)％的磷酸二氢锌水溶液。
⑥按1∶3的体积比将4中制取的溶胶与5中溶液混合，搅拌至溶胶透明。
⑦将制备好的C/C复合材料试样在180℃中烘烤2h，迅速浸入制备好的溶胶中，浸渍时间为24h。
⑧取出浸渍过的C/C复合材料试样放在炭毡上，置于干燥箱中自然干燥24h。
⑨将8中的试样放在干燥箱中以0.5℃/min速率逐渐升到180℃烘烤3h，最后随炉冷却。
实施例4：
对溶胶浸渍涂层的制备：
①称取1.5g的硼酸，溶于50ml的无水乙醇中，量取10ml的TEOS溶于其中。
②将5ml 85％的磷酸溶液加入20ml去离子水中稀释。
③将2和3中制取的溶液混合在一起，搅拌至透明制成溶胶。
④称取10g五硼酸铵溶解于100ml去离子水中，并将10ml溶液加入3中的溶胶中，搅拌至透明。
⑤制备50(wt)％的磷酸二氢锌水溶液。
⑥按1∶1的体积比将4中制取的溶胶与5中溶液混合，搅拌至溶胶透明。
⑦将制备好的C/C复合材料试样在150℃中烘烤2h，迅速浸入制备好的溶胶中，浸渍时间为24h。
⑧取出浸渍过的C/C复合材料试样放在炭毡上，置于干燥箱中自然干燥24h。
⑨将8中的试样放在干燥箱中以0.5℃/min速率逐渐升到200℃烘烤3h，最后随炉冷却。
实施例5：
对溶胶浸渍涂层的制备：
①称取1.5g的硼酸，溶于50ml的无水乙醇中，量取10ml的TEOS溶于其中。
②将5ml 85％的磷酸溶液加入20ml去离子水中稀释。
③将2和3中制取的溶液混合在一起，搅拌至透明制成溶胶。
④称取10g五硼酸铵溶解于100ml去离子水中，并将10ml溶液加入3中的溶胶中，搅拌至透明。
⑤制备40(wt)％的磷酸二氢锌水溶液。
⑥按1∶3的体积比将4中制取的溶胶与5中溶液混合，搅拌至溶胶透明。
⑦将制备好的C/C复合材料试样在180℃中烘烤2h，迅速浸入制备好的溶胶中，浸渍时间为24h。
⑧取出浸渍过的C/C复合材料试样放在炭毡上，置于干燥箱中自然干燥24h。
⑨将8中的试样放在干燥箱中以0.5℃/min速率逐渐升到180℃烘烤3h，最后随炉冷却。
实施例6：
对溶胶浸渍涂层的制备：
①称取1.3g的硼酸，溶于50ml的无水乙醇中，量取10ml的TEOS溶于其中。
②将10ml 85％的磷酸溶液加入20ml去离子水中稀释。
③将2和3中制取的溶液混合在一起，搅拌至透明制成溶胶。
④称取10g五硼酸铵溶解于100ml去离子水中，并将10ml溶液加入3中的溶胶中，搅拌至透明。
⑤制备40(wt)％的磷酸二氢锌水溶液。
⑥按1∶3的体积比将4中制取的溶胶与5中溶液混合，搅拌至溶胶透明。
⑦将制备好的C/C复合材料试样在180℃中烘烤2h，迅速浸入制备好的溶胶中，浸渍时间为24h。
⑧取出浸渍过的C/C复合材料试样放在炭毡上，置于干燥箱中自然干燥24h。
⑨将8中的试样放在干燥箱中以0.5℃/min速率逐渐升到200℃烘烤3h，最后随炉冷却。