-SiC/Si復合粉末及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及超高溫抗氧化材料領域，具體涉及一種具備核殼結構的ZrB2-SiCVSi復合粉末及其制備方法。
【背景技術】
[0002]高溫結構材料如難熔金屬及合金、陶瓷基復合材料以及纖維增強復合材料等在高溫氧化環境中應用時，其表面須采用抗氧化熱防護涂層進行保護。硼化物、硅化物、碳化物等非氧化物具有高熔點、低密度、相穩定性好等特點，目前已廣泛應用于再入大氣層飛行器的頭錐和翼前緣、空間推進系統材料、航天飛機熱保護系統、空間飛機熱結構材料等最熱端部件的高溫隔熱防護。
[0003]目前在抗氧化涂層的制備方法上，已發展了包埋滲法、料漿浸漬法、溶膠-凝膠法、化學氣相沉積法以及熱噴涂法等，其中，等離子噴涂技術具有適合制備高熔點材料、涂層的結構均勻可控、工藝重復性好、較容易實現連續噴涂和噴涂不同組分材料、可制備厚涂層等優點，已應用于噴涂硼化物基陶瓷涂層材料。通過在硼化物如ZrB2引入第二相(如SiC)或多種功能助齊IJ (如 MoSi2, LaB6, ZrSi2, TaSi2、A1N、Si3N4' B4C' B、C 和 Ni 等)，可有效改善ZrB2脆性大、韌性低、高溫抗氧化性不足等問題。
[0004]然而，在采用普通噴霧干燥團聚造粒技術制備的ZrB2-SiC基團聚復合粉，或機械混合粉末進行等離子噴涂ZrB2-SiC基涂層時，SiC由于存在高溫易分解、易揮發等特性會發生大量燒損，造成涂層中SiC成分不足，涂層中兩相不能均勻彌散，涂層難以滿足高溫熱防護性能要求等問題。
【發明內容】
[0005]在下文中給出關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0006]本發明實施例的目的是針對上述現有技術的缺陷，提供一種元素燒損率低，涂層中各相微區均勻彌散，熱防護性能優異的具備核殼結構的ZrB2-SiC復合粉末及其制備方法。
[0007]為了實現上述目的，本發明采取的技術方案是:
[0008]一種具備核殼結構的ZrB2-SiC/Si復合粉末，所述復合粉末包括內部核和包覆在內部核外層的外殼，所述內部核和外殼均為，所述內部核為ZrB#P SiC或所述內部核為ZrB2和Si，所述外殼為一層ZrB2。
[0009]本發明還提供了一種具備核殼結構的ZrB2-SiCVSi復合粉末的制備方法，包括以下步驟:
[0010]I)各原始粉末的粒度細化:
[0011]將粉末細化后，使各原始粉末的一次原始粒徑小于5 μ m ;
[0012]2)粉末的噴霧干燥團聚造粒:
[0013]將細化后的粉末按內部核的質量百分比稱取，用作噴霧造粒；
[0014]將細化后的粉末、有機粘結劑和水混合配成料漿進行球磨，然后將球磨后的料漿采用噴霧干燥塔進行噴霧干燥團聚造粒，設置噴頭轉速為10000?15000r/min，進料速率為60?lOOml/min ;進口溫度250?350°C之間，出口溫度100?220°C之間，噴霧干燥后，得到含有機粘接劑的固態團聚體顆粒，即ZrB2-SiC復合粉；
[0015]3)粉末的包覆:
[0016]將ZrB2-SiC/Si復合粉和粘合劑置于燒杯中，加入丙酮，攪拌均勻；所述丙酮用量為ZrB2-SiC/Si復合粉質量的10?200%，所述粘合劑用量為ZrB2_SiC/Si復合粉質量的2?50% ;按照外殼的質量百分比稱取細化后的2池2粉或再稱取無燒損的功能助劑粉末，倒入燒杯，攪拌使丙酮揮發，充分揮發后，將混合物取出過篩，將過篩后的混合物置于托盤內使丙酮完全揮發，即得到2池2或功能助劑包覆的內部ZrB2-SiC/Si均勻彌散的核殼結構的復合粉；
[0017]4)高溫燒結:
[0018]將核殼結構的復合粉置于隔絕氧氣的爐中進行高溫熱處理，溫度設置為600?1400°C之間，保溫時間I?5h，除去粉末中的有機成分；
[0019]最后經過篩分處理，得到滿足粒度要求的具備核殼結構的ZrB2-SiCVSi復合粉末。
[0020]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0021]本發明通過采用高熔點2池2保護內層SiC，可有效避免在等離子噴涂過程中，SiC發生分解燒損，實現涂層成分和粉末成分的一致性；
[0022]本發明粉末內部ZrB#P SiC微區均勻彌散，等離子噴涂制備的涂層中也可實現多相微區均勻分布，促進涂層性能的提升；
[0023]本發明具有制備工藝簡單可控，效率高，設備要求低，便于大規模的工業化生產的優點。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發明實施例提供的核殼結構ZrB2-SiC復合粉末的制備流程圖；
[0026]圖2為本發明實施例提供的制備方法步驟(I)中原始粉末粒度細化后ZrB2的粒度分布圖；
[0027]圖3為本發明實施例提供的制備方法步驟(I)中原始粉末粒度細化后SiC的粒度分布圖；
[0028]圖4為本發明實施例提供的制備方法步驟(2)中噴霧干燥制備的ZrBjP SiC均勻彌散復合粉末的表面形貌；
[0029]圖5為本發明實施例提供的制備方法步驟(2)中噴霧干燥制備的ZrBjP SiC復合粉末的截面形貌；
[0030]圖6為本發明實施例提供的具備核殼結構的2池2包ZrB2_SiC均勻彌散復合粉末的表面形貌；
[0031]圖7為本發明實施例提供的具備核殼結構的2池2包ZrB2_SiC均勻彌散復合粉末的截面形貌。
【具體實施方式】
[0032]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。在本發明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或實施方式中示出的元素和特征相結合。應當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發明無關的、本領域普通技術人員已知的部件和處理的表示和描述。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0033]本發明提供一種具備核殼結構的ZrB2_SiC/Si復合粉末，所述復合粉末包括內部核和包覆在內部核外層的外殼，所述內部核為ZrB#P SiC或所述內部核為ZrB jPSi，所述外殼為一層ZrB2。
[0034]本發明通過采用高熔點ZrB2或功能助劑保護內層SiC，可有效避免在等離子噴涂過程中，SiC發生分解燒損，實現涂層成分和粉末成分的一致性。
[0035]本發明制備的粉末松裝密度在1.5?2.5g/cm3之間，流動性在25?60s/50g之間。采用本發明的粉末進行等離子噴涂，SiC燒損率小于5%，涂層成分和粉末成分基本一致。
[0036]優選地，所述內部核或/和外殼還包括功能助劑，所述功能助劑選自HfB2、MoSi2,CrB2, TiB2^NbB2, VB2^LaB6, TaB2^NbB2, ZrSi2, Zr2S1、TaSi2' CrSi2^ffSi2,HfC, ZrC, TaC、SiB4'B4C、Si3N4、Nb、N1、W 和 Cr 中的至少一種。