CN110028338A - 一种ZrB2-SiC-B2O3-SiO2-Zr(H3PO4)2涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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。
发明内容
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42g ZrB2、9.6g SiC、2.5g B2O3、2.6g SiO2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。
Claims (7)
1.一种ZrB2-SiC-B2O3-SiO2-Zr(H3PO4)2涂层的制备方法，其特征在该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。
2.根据权利要求1所述的一种ZrB2-SiC-B2O3-SiO2-Zr(H3PO4)2涂层的制备方法，其特征在于原料中ZrB2和SiC的体积比应在1:9~9:1之间。
3.根据权利要求1所述的一种ZrB2-SiC-B2O3-SiO2-Zr(H3PO4)2涂层的制备方法，其特征在于原料中B2O3和SiO2的摩尔比在1:4~2:1之间。
4.根据权利要求1所述的一种ZrB2-SiC-B2O3-SiO2-Zr(H3PO4)2涂层的制备方法，其特征在于原料中B2O3和SiO2的总体积含量不超过ZrB2和SiC总体积的50%。
5.根据权利要求1所述的一种ZrB2-SiC-B2O3-SiO2-Zr(H3PO4)2涂层的制备方法，其特征在于原料中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。
6.根据权利要求1所述的一种ZrB2-SiC-B2O3-SiO2-Zr(H3PO4)2涂层的制备方法，其特征在于原料中ZrB2、SiC、B2O3、SiO2在与H3PO4混合前要先混合均匀。
7.根据权利要求1所述的一种ZrB2-SiC-B2O3-SiO2-Zr(H3PO4)2涂层的制备方法，其特征在于经过刷涂后的涂层要在不超过60℃的温度下干燥1-48h后再进行下一层涂层的制备。
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