一种ZrB2-SiC-B2O3-SiO2-Zr(H3PO4)2涂层的制备方法与流程

本发明涉及一种抗氧化陶瓷涂层的制备方法。

背景技术：

石墨材料以及其它碳基材料，如c/c复合材料等具有多种优异的性能，但是在高温含氧条件下容易氧化，极大地限制了其应用范围。为了使石墨材料满足在高温氧化环境中的使用要求，必须要提高其抗氧化性能。

目前用于提高石墨材料抗氧化性能的主要途径有两种。一种是基体改性，即在石墨基体内加入抗氧化剂降低材料的氧化速率；另一种是表面涂层方法，即石墨材料表面涂覆一层抗氧化涂层，使其与氧化性气体隔绝开，防止气体进入从而提高抗氧化性能。

对于zrb2-sic基陶瓷材料，其具有优异的高温抗氧化性能。由于zrb2和sic的基本构成，该陶瓷材料在从室温到1600℃的温度范围内都具有良好的抗氧化性能。因此，zrb2-sic的组成适宜用作耐高温抗氧化涂层的组成材料。但是，zrb2-sic陶瓷难以烧结，在制备涂层的过程中难以获得致密的结构，限制了其作为抗氧化涂层的应用。目前，常用的制备zrb2-sic涂层的方法是利用包埋法制备一层sic过渡层，然后通过包埋法、热喷涂、刷涂等方法进一步制备外层涂层。为了进一步提高zrb2-sic涂层抗氧化性能，往往需要结合多种方法制备多层涂层来。制备过程较复杂，周期较长，成本较高，且多数方法难以适用于对于特殊形状的构件。

技术实现要素：

本发明是提供了一种具有良好抗氧化性能的zrb2-sic-b2o3-sio2-zr(h3po4)2涂层的制备方法。

本发明的zrb2-sic-b2o3-sio2-zr(h3po4)2涂层的制备方法是按以下步骤进行：

将zrb2、sic、b2o3、sio2、h3po4配制成浆料，然后利用刷涂的方式将浆料刷在石墨材料表面，室温干燥后根据需要再刷第二层。如此继续，根据需要刷涂多层涂层。

在该方法中，zrb2和sic的体积比应在1:9~9:1之间。b2o3和sio2的摩尔比在1:4~2:1之间。b2o3和sio2的体积含量不超过zrb2和sic总体积的50%。h3po4浓度在1wt%~85wt%之间，所用h3po4的质量与混合粉体的总质量之比在1:10~20:1之间。

本发明的优点：

一、本发明的zrb2-sic-b2o3-sio2-zr(h3po4)2涂层制备工艺简单，使用方便，可以直接采用刷涂法在构件表面制备涂层，且涂层厚度可以根据需要通过多次刷涂的方法进行调节。浆料粘稠度可调节，通过粘度的调节可以调节单层涂层的厚度。该涂层使用刷涂法，适用于各种形状的基体材料。

二、本发明制备的zrb2-sic-b2o3-sio2-zr(h3po4)2涂层结构致密，刷涂后经干燥便可用于高温环境，不需在使用前进行高温处理。干燥后的涂层在高温氧化环境中具有良好的抗氧化性能，可在1500℃的高温氧化环境中长时间使用。

附图说明

图1为具体实施方式中制备的zrb2-sic-b2o3-sio2-zr(h3po4)2涂层在室温干燥后的表面sem照片。

图2为具体实施方式中在石墨基体表面制备的zrb2-sic-b2o3-sio2-zr(h3po4)2涂层在1500℃氧化60min后的宏观形貌。

具体实施方式

本实施方式中一种zrb2-sic-b2o3-sio2-zr(h3po4)2涂层的制备方法是按以下步骤进行：

将42gzrb2、9.6gsic、2.5gb2o3、2.6gsio2加入球磨罐中，加入乙醇作为球磨介质，然后利用球磨机进行混合，混合8h后利用旋转蒸发器将以上粉体的混合物干燥后过200目筛。然后将混合后得到的粉体以10g粉体对应4ml浓磷酸的比例进行混合，磷酸浓度为85%。将加入磷酸的粉体进行充分搅拌，使粉体和磷酸充分混合，制得混合粉体的浆料。通过刷涂的方法将浆料刷涂在石墨基体表明后，在室温条件下干燥24h。然后在其表面进行第二次刷涂制备第二层涂层，然后在室温条件干燥24h。如此重复，直至制得四层涂层。

刷涂后的涂层经过室温干燥后，涂层结构致密，与基体结合强度高。图1所示为室温干燥后的zrb2-sic-b2o3-sio2-zr(h3po4)2涂层的表面sem照片。经过磷酸处理后的涂层结构致密，存在大量的玻璃相。由于浓磷酸的使用，涂层中形成了zr(h3po4)2，还可能形成了sihp3o10。玻璃相的存在大大提高了涂层致密度，致密度涂层能够有效将基体和外部氧化环境隔开。

将制得的四层zrb2-sic-b2o3-sio2-zr(h3po4)2涂层的空气中加热到1500℃，并保温60min后，涂层结构保持完整，有效地保护了石墨基体，避免了石墨基体的氧化。氧化后的涂层宏观形貌如图2所示，其中的圆片状石墨基体的直径为50mm。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种ZrB2‑SiC‑B2O3‑SiO2‑Zr(H3PO4)2涂层的制备方法。该涂层以ZrB2、SiC、B2O3、SiO2、H3PO4为原料，通过调节比例职称浆料后利用刷涂的方式将浆料刷在石墨材料表面，其厚度可以通过多次刷涂和调节浆料粘稠度的方法进行调节。该方法制备工艺简单，适用于复杂形状基体材料。该涂层可以在1500℃的高温氧化环境中使用，显著提高了石墨材料的抗氧化性能，具有良好的高温抗氧化性能。

技术研发人员：王鹏;温广武;魏春城;耿欣;孟凡涛;周立娟;李双;高珊
受保护的技术使用者：山东理工大学
技术研发日：2019.05.22
技术公布日：2019.07.19