碳化钽涂层及其制备方法、碳质结构件及应用与流程

本发明涉及高性能涂层，特别是涉及碳化钽涂层及其制备方法、碳质结构件和应用。

背景技术：

1、碳化钽具有熔点高、在高温环境中具有较好的化学稳定性和耐腐蚀性，而且与含石墨的基体化学相容性较好，可以用于一些要求苛刻技术领域的加工过程。传统技术中用于制备高性能碳化钽涂层的方法主要为化学气相沉积法，但该方法所需的设备昂贵且运行成本高，制备得到的涂层还容易出现裂纹和孔隙，从而导致碳化钽涂层的可靠性低。因此，亟需开发一种制备方法简单、成本较低且质量可靠的碳化钽涂层的制备方法。

技术实现思路

1、基于此，本申请的目的包括提供一种碳化钽涂层的制备方法，该方法制备方法简单、成本较低且质量可靠。还提供一种碳化钽涂层、碳质结构件及应用。

2、本申请的第一方面，提供一种碳化钽涂层的制备方法，包括以下步骤：

3、将碳化钽颗粒、烧结助剂、粘接剂与溶剂混合，获得悬浊液；其中，所述烧结助剂包括过渡金属碳化物以及含有过渡金属单质和碳粉的混合物中的至少一种；

4、将所述悬浊液涂覆于基底上，于100℃～400℃及真空条件下进行预温处理，于1800℃～2500℃及保护气氛下进行烧结处理，形成碳化钽涂层。

5、在一些实施方式中，所述的制备方法，其满足如下特征中的一个或多个：

6、将所述碳化钽颗粒、所述烧结助剂、所述粘接剂与所述溶剂混合的步骤中，所述烧结助剂与所述碳化钽颗粒的质量比为（0.3～1.0）：1；

7、所述过渡金属碳化物选自wc、zrc、tic、nbc和b4c中的一种或多种；

8、所述过渡金属单质选自ti、zr、ta、nb和w中的一种或多种，在所述含有过渡金属单质和碳粉的混合物中，过渡金属单质与碳粉的摩尔比为1：（0.5～1.0）。

9、在一些实施方式中，所述的制备方法，其满足如下特征中的一个或多个：

10、所述碳化钽颗粒的粒度为1μm～20μm；

11、所述粘接剂选自硬脂酸、聚丙烯、石蜡、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛类、聚乙烯叱咯烷酮、环氧树脂、酚醛树脂和石墨胶中的一种或多种；

12、所述溶剂选自水、无水乙醇或氢氟酸；

13、粘接剂将所述碳化钽颗粒、所述烧结助剂、所述粘接剂与所述溶剂混合的步骤中，所述粘接剂与所述碳化钽颗粒的质量比为（0.3～1.0）：1；

14、所述将碳化钽颗粒、烧结助剂、粘接剂与溶剂混合的步骤中，所述粘接剂与所述溶剂的质量比为（0.01～0.1）：1。

15、在一些实施方式中，所述的制备方法中，所述将碳化钽颗粒、烧结助剂、粘接剂与溶剂混合，获得悬浊液的步骤，包括：

16、将所述碳化钽颗粒、所述烧结助剂与所述溶剂进行研磨混合2h～24h，加入所述粘接剂，进行分散处理，得到所述悬浊液。

17、在一些实施方式中，所述的制备方法，其满足如下特征中的一个或多个：

18、所述真空条件的真空度为1mbar～5mbar；

19、所述保护气氛的压强为8×104pa～1×105pa；

20、所述保护气氛选自氟气、氯气、氨气和氢气中的一种或多种。

21、本申请的第二方面，提供一种碳化钽涂层，所述碳化钽涂层采用第一方面所述的制备方法制备得到；所述的基底为碳质基底。

22、在一些实施方式中，所述的碳化钽涂层，其满足如下特征中的一个或多个：

23、所述碳化钽涂层中钽元素与烧结助剂中提供的金属元素的原子比为（1.0～2.0）：1；

24、所述碳化钽涂层的厚度为50μm～500μm。

25、在一些实施方式中，所述的碳化钽涂层中，所述基底包括石墨，还包括石英、a12o3、sic和mgo中的至少一种。

26、本申请的第三方面，提供一种碳质结构件，包括碳质基底以及结合于所述碳质基底至少一部分表面的碳化钽涂层，所述碳化钽涂层包括第一方面所述的制备方法制备得到的碳化钽涂层以及第二方面所述的碳化钽涂层的至少一种。

27、本申请的第四方面，提供一种第三方面所述的碳质结构件在高温工艺的应用，其包括如下步骤：将所述的碳质结构件置于至少1600℃～2500℃的热场中。

28、本申请中提供的碳化钽涂层的制备方法采用将碳化钽颗粒、烧结助剂与粘接剂经过真空条件下的预温处理和特定气氛下的烧结处理，制得均一、无裂纹且使用寿命较长的碳化钽涂层，该制备方法简单、成本较低且工艺可靠。

29、本申请中提供的碳化钽涂层质量较好、可靠性较高，不易出现裂纹和孔隙，而且该碳化钽涂层的成本较低。

30、本申请中提供的碳质结构件将前述碳化钽涂层结合于碳质基底的表面，碳化钽涂层与基底的结合紧密、涂层的裂纹和孔隙较少，有利于产业化应用和推广。

31、本申请中提供的碳质结构件应用于高温工艺中，具有较好的耐温性、化学稳定性和耐腐蚀性，还可以避免因结构件表面涂层的开裂等问题造成对工艺的污染，从而提高该高温工艺的可靠性。

技术特征：

1.一种碳化钽涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，满足如下特征中的一个或多个：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，满足如下特征中的一个或多个：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将碳化钽颗粒、烧结助剂、粘接剂与溶剂混合，获得悬浊液的步骤，包括：

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，满足如下特征中的一个或多个：

6.一种碳化钽涂层，其特征在于，所述碳化钽涂层采用权利要求1～5任一项中所述的制备方法制备得到；所述的基底为碳质基底。

7.根据权利要求6所述的碳化钽涂层，其特征在于，满足如下特征中的一个或多个：

8.根据权利要求6所述的碳化钽涂层，其特征在于，所述基底包括石墨，还包括石英、a12o3、sic和mgo中的至少一种。

9.一种碳质结构件，其特征在于，包括碳质基底以及结合于所述碳质基底至少一部分表面上的碳化钽涂层，所述碳化钽涂层包括权利要求1～5中任一项所述的制备方法制备得到的碳化钽涂层以及权利要求6～8任一项中所述的碳化钽涂层的至少一种。

10.权利要求9所述的碳质结构件在高温工艺的应用，其包括如下步骤：将所述的碳质结构件置于至少1600℃～2500℃的热场中。

技术总结
本发明涉及一种碳化钽涂层及其制备方法、碳质结构件及应用，该碳化钽涂层的制备方法，包括以下步骤：将碳化钽颗粒、烧结助剂、粘接剂与溶剂混合，获得悬浊液；其中，烧结助剂包括过渡金属碳化物以及含有过渡金属单质和碳粉的混合物中的至少一种；将悬浊液涂覆于基底上，于100℃～400℃及真空条件下进行预温处理，于1800℃～2500℃及保护气氛下进行烧结处理，形成碳化钽涂层。该方法工艺简单、成本较低，制得的碳化钽涂层不易产生裂纹、质量可靠。应用于高温工艺中时，耐温性、化学稳定性和耐腐蚀性较好，还可避免因结构件表面涂层的开裂等问题造成对工艺的污染。

技术研发人员：廖寄乔,李军,蔡同舟,王斌,黎畅,刘学文,王跃军,龚玉良
受保护的技术使用者：湖南金博碳素股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31