本发明涉及碳纤维增强陶瓷基复合材料技术领域，具体为一种与cfzr-b复合材料的热膨胀系数相匹配的抗氧化涂层。
背景技术：
碳纤维增强陶瓷基复合材料在高温下拥有良好的力学性能和热性能，惰性条件下，在超过2000℃的环境下仍保持强度、模量等力学性能不降低，且热膨胀系数低、热导率高、气化温度高、抗热震性能好，因此，在航天飞行器热防护系统中具有广泛的应用前景。
其中，碳纤维增强硼化锆陶瓷基(cfzr-b)复合材料是比碳纤维增强碳氧化硅陶瓷基(cf/si-o-c)复合材料性能更加优异的碳纤维增强陶瓷基复合材料，其基体材料不含氧原子，能避免与增强相碳纤维在高温下发生碳热还原反应，然而作为cfzr-b复合材料中增强相的碳纤维，在高于400℃的有氧环境下，碳纤维表面缺陷引起的活性点极易发生氧化，极易造成材料失效，同时作为基体部分的zrb2本身虽然具有良好的抗氧化性能，但是在高温下氧化生成的zro2玻璃相会降低碳纤维与基体材料的结合强度，同样也会使材料失效。
尽管cfzr-b复合材料的基体材料包覆着碳纤维，但是碳纤维轴向和径向热膨胀系数相差很大，高温下，当温度急剧上升或者急剧下降时，由于碳纤维与基体材料热膨胀系数失配引起的热应力达到一定阈值后将使碳纤维与基体材料发生松脱分离，这将为氧气与碳纤维接触提供通道，同时，作为轻质多孔材料的c/zr-b复合材料孔隙率达到40％，高孔隙率也为氧气进入材料内部，并通过基体材料制备过程中产生的缺陷与碳纤维接触进而发生氧化反应提供了可能，因此，提高cfzr-b复合材料的抗氧化能力具有非常重要的实用意义。
目前，对碳纤维增强陶瓷基复合材料采取的抗氧化方法主要有三种：基体改性法、纤维涂层法、表面涂层法。对于cfzr-b复合材料，其氧化主要是材料中碳纤维的氧化失效，因此可以单独对碳纤维表面进行涂层保护，切断氧气接触碳纤维的通道，从而提高材料的抗氧化性能，但是，在材料内部对碳纤维进行涂层和单根碳纤维涂层十分困难，涂层的微小裂纹难以控制，且涂层使碳纤维本身强度有所下降。表面涂层法是目前对cfzr-b复合材料抗氧化的主要方法，其是利用在cfzr-b复合材料表面覆盖致密可自愈的抗氧化涂层，与氧化性气体隔绝从而达到抗氧化作用。
为使cfzr-b复合材料能在有氧条件下有效地长时间使用，抗氧化涂层的热膨胀系数应与cfzr-b复合材料的热膨胀系数相匹配，否则，在高温下，抗氧化涂层的热膨胀系数与cfzr-b复合材料的热膨胀系数失配将使抗氧化涂层产生裂纹，从而为氧气接触碳纤维提供通道甚至导致抗氧化涂层从cfzr-b复合材料表面脱落。
本发明提供一种与cfzr-b复合材料的热膨胀系数相匹配的抗氧化涂层，旨在解决在高温环境下，抗氧化涂层的热膨胀系数与cfzr-b复合材料的热膨胀系数失配，会使抗氧化涂层产生裂纹，进而会导致抗氧化涂层从cfzr-b复合材料表面脱落的技术问题。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种与cfzr-b复合材料的热膨胀系数相匹配的抗氧化涂层，解决了在高温环境下，抗氧化涂层的热膨胀系数与cfzr-b复合材料的热膨胀系数失配，会使抗氧化涂层产生裂纹，进而会导致抗氧化涂层从cfzr-b复合材料表面脱落的技术问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种与cfzr-b复合材料的热膨胀系数相匹配的抗氧化涂层，包括以下重量份数配比的原料：15-30份硅粉、3-6份碳纤维粉、10份玻璃粉、0.98份山梨醇酐三油酸酯、0.2份大豆卵磷脂、1.97份邻苯二甲酸二辛酯、0.94份甲基丙烯酸烯丙酯、0.945份n,n-二甲基甲酰胺。
优选的，所述硅粉的平均粒径≤50um、碳纤维粉的平均粒径≤50um。
优选的，所述玻璃粉由4g平均粒径≤100nm的sn粉、3g平均粒径≤100nm的b2o3、3g平均粒径≤100nm的sio2组成。
优选的，所述抗氧化涂层的制备方法包括以下步骤：
s1.取：15-30份硅粉、3-6份碳纤维粉，备用；
s2.将步骤s1中的备用原料，球磨之后加入0.98份山梨醇酐三油酸酯、0.2份大豆卵磷脂与无水乙醇，继续球磨，制备得到基体组分；
s3.配制玻璃粉；
s4.将步骤s2中的基体组分、步骤s3中的玻璃粉与1.97份邻苯二甲酸二辛酯、0.94份甲基丙烯酸烯丙酯、0.945份n,n-二甲基甲酰胺一起加入到反应釜中，于100-150℃、300r/min下反应，停止搅拌，在100-150℃下保温30min后，制备得到抗氧化涂料；
s5.先将cfzr-b复合材料复合材料进行超声清洗、真空干燥，备用；
s6.将步骤s4中的抗氧化涂料装入喷枪，在步骤s5中的cfzr-b复合材料表面喷涂3mm，喷枪与cfzr-b复合材料的间距控制在300mm，喷涂完成后，进行烘烤，制备得到抗氧化涂层。
优选的，所述步骤s4中，停止搅拌后，于100-150℃下保温30min。
优选的，所述步骤s6中，喷枪的压力控制在0.25-0.45mpa。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
本发明制备出的抗氧化涂层，经过1300℃氧化试验60min后，涂层保持规整，没有出现裂纹与脱落，且基体材料未发现被氧化迹象，从而解决了在高温环境下，抗氧化涂层的热膨胀系数与cfzr-b复合材料的热膨胀系数失配，会使抗氧化涂层产生裂纹，进而会导致抗氧化涂层从cfzr-b复合材料表面脱落的技术问题。
具体实施方式
实施例一：
抗氧化涂层包括以下原料：20g平均粒径≤50um的硅粉、4g平均粒径≤50um的碳纤维粉、10g玻璃粉、50ml无水乙醇(ρ为0.789g/ml)、1ml山梨醇酐三油酸酯(ρ为0.98g/ml)、0.2g大豆卵磷脂、2ml邻苯二甲酸二辛酯(ρ为0.985g/ml)、1ml甲基丙烯酸烯丙酯(ρ为0.94g/ml)、1mln,n-二甲基甲酰胺(ρ为0.945g/cm3)；
其中，玻璃粉由4g平均粒径≤100nm的sn粉、3g平均粒径≤100nm的b2o3、3g平均粒径≤100nm的sio2组成；
上述抗氧化涂层的制备方法包括以下步骤：
s1.称取20g平均粒径≤50um的硅粉、4g平均粒径≤50um的碳纤维粉，备用；
s2.将步骤s1中的备用原料与10ml无水乙醇，于300r/min下球磨12h，之后加入1ml山梨醇酐三油酸酯、0.2g大豆卵磷脂与40ml无水乙醇，继续于300r/min下球磨2h，制备得到基体组分；
s3.称取4g平均粒径≤100nm的sn粉、3g平均粒径≤100nm的b2o3、3g平均粒径≤100nm的sio2，配制成玻璃粉；
s4.将步骤s2中的基体组分、步骤s3中的玻璃粉与2ml邻苯二甲酸二辛酯、1ml甲基丙烯酸烯丙酯、1mln,n-二甲基甲酰胺一起加入到反应釜中，于120℃、300r/min下，反应1h，停止搅拌，在120℃下保温30min后，出料，冷却至室温，制备得到抗氧化涂料；
s5.先将cfzr-b复合材料置于无水乙醇中超声清洗1h，再于60℃下真空干燥2h，备用；
s6.将步骤s4中的抗氧化涂料装入喷枪，在步骤s5中的cfzr-b复合材料表面喷涂3mm，喷枪与cfzr-b复合材料的间距控制在300mm，压力控制在0.25mpa，喷涂完成后，置于60℃下烘烤1h，以5℃/min的升温速率，升温至120℃，在120℃下烘烤1h，制备得到抗氧化涂层；
s7.将步骤s6中的抗氧化涂层，经过1300℃氧化试验60min后，涂层保持规整，没有出现裂纹与脱落，且基体材料未发现被氧化迹象。
实施例二：
抗氧化涂层包括以下原料：30g平均粒径≤50um的硅粉、3g平均粒径≤50um的碳纤维粉、10g玻璃粉、50ml无水乙醇、1ml山梨醇酐三油酸酯、0.2g大豆卵磷脂、2ml邻苯二甲酸二辛酯、1ml甲基丙烯酸烯丙酯、1mln,n-二甲基甲酰胺；
其中，玻璃粉由4g平均粒径≤100nm的sn粉、3g平均粒径≤100nm的b2o3、3g平均粒径≤100nm的sio2组成；
上述抗氧化涂层的制备方法包括以下步骤：
s1.称取30g平均粒径≤50um的硅粉、3g平均粒径≤50um的碳纤维粉，备用；
s2.将步骤s1中的备用原料与10ml无水乙醇，于350r/min下，球磨10h，之后加入1ml山梨醇酐三油酸酯、0.2g大豆卵磷脂与40ml无水乙醇，继续于350r/min下，球磨2h，制备得到基体组分；
s3.称取4g平均粒径≤100nm的sn粉、3g平均粒径≤100nm的b2o3、3g平均粒径≤100nm的sio2，配制成玻璃粉；
s4.将步骤s2中的基体组分、步骤s3中的玻璃粉与2ml邻苯二甲酸二辛酯、1ml甲基丙烯酸烯丙酯、1mln,n-二甲基甲酰胺一起加入到反应釜中，于150℃、300r/min下，反应1h，停止搅拌，在150℃下保温30min后，出料，冷却至室温，制备得到抗氧化涂料；
s5.先将cfzr-b复合材料置于无水乙醇中超声清洗1h，再于60℃下真空干燥2h，备用；
s6.将步骤s4中的抗氧化涂料装入喷枪，在步骤s5中的cfzr-b复合材料表面喷涂3mm，喷枪与cfzr-b复合材料的间距控制在300mm，压力控制在0.45mpa，喷涂完成后，置于80℃下烘烤1h，以5℃/min的升温速率，升温至150℃，在150℃下烘烤1h，制备得到抗氧化涂层；
s7.将步骤s6中的抗氧化涂层，经过1300℃氧化试验60min后，涂层保持规整，没有出现裂纹与脱落，且基体材料未发现被氧化迹象。
实施例三：
抗氧化涂层包括以下原料：15g平均粒径≤50um的硅粉、6g平均粒径≤50um的碳纤维粉、10g玻璃粉、50ml无水乙醇、1ml山梨醇酐三油酸酯、0.2g大豆卵磷脂、2ml邻苯二甲酸二辛酯、1ml甲基丙烯酸烯丙酯、1mln,n-二甲基甲酰胺；
其中，玻璃粉由4g平均粒径≤100nm的sn粉、3g平均粒径≤100nm的b2o3、3g平均粒径≤100nm的sio2组成；
上述抗氧化涂层的制备方法包括以下步骤：
s1.称取15g平均粒径≤50um的硅粉、6g平均粒径≤50um的碳纤维粉，备用；
s2.将步骤s1中的备用原料与10ml无水乙醇，于200r/min下球磨12h，之后加入1ml山梨醇酐三油酸酯、0.2g大豆卵磷脂与40ml无水乙醇，继续于200r/min下球磨2h，制备得到基体组分；
s3.称取4g平均粒径≤100nm的sn粉、3g平均粒径≤100nm的b2o3、3g平均粒径≤100nm的sio2，配制成玻璃粉；
s4.将步骤s2中的基体组分、步骤s3中的玻璃粉与2ml邻苯二甲酸二辛酯、1ml甲基丙烯酸烯丙酯、1mln,n-二甲基甲酰胺一起加入到反应釜中，于100℃、300r/min下，反应1h，停止搅拌，在100℃下保温30min后，出料，冷却至室温，制备得到抗氧化涂料；
s5.先将cfzr-b复合材料置于无水乙醇中超声清洗1h，再于60℃下真空干燥2h，备用；
s6.将步骤s4中的抗氧化涂料装入喷枪，在步骤s5中的cfzr-b复合材料表面喷涂3mm，喷枪与cfzr-b复合材料的间距控制在300mm，压力控制在0.4mpa，喷涂完成后，置于60℃下烘烤1h，以5℃/min的升温速率，升温至150℃，在150℃下烘烤1h，制备得到抗氧化涂层；
s7.将步骤s6中的抗氧化涂层，经过1300℃氧化试验60min后，涂层保持规整，没有出现裂纹与脱落，且基体材料未发现被氧化迹象。