一種SiC涂層的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種SiC涂層的制備方法；特別涉及一種通過CVI工藝和PIP工藝制備碳化硅涂層的方法。本發明專利技術將盛有聚甲基硅烷的石墨容器a置于石墨容器b中，然后將干燥、清潔的待涂工件置于石墨容器b中，抽真空、通入保護氣體，然后再抽真空至石墨容器b中的氣壓小于等于100Pa后，關閉進氣口，升溫至700～1000℃、優選為700～800℃后，保溫得到帶有不定型碳化硅涂層的工件后，在真空氣氛或保護氣氛下于1500～1600℃進行燒結，得到帶β碳化硅涂層的工件。本發明專利技術所得涂層質量好、制備周期短、制備工藝簡單，便于產業化應用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種SiC涂層的制備方法；特別涉及一種通過CVI工藝和PIP工藝制備碳化硅涂層的方法。
技術介紹
隨著現代科學技術的進步，工業生產對結構材料提出了越來越多的要求，如要求材料具有耐高溫氧化、耐腐蝕、抗震動、抗疲勞、抗溫度急變以及耐沖刷等性能。碳化硅是共價鍵極強的化合物，共價鍵成分占88％，并且在高溫下仍保持高的鍵合強度。碳化硅的這種結構特點決定了他的一系列優良性能，高強度、高硬度、耐高溫、抗氧化、高熱導率、低熱膨脹率、優良的化學穩定性以及不被大多數的酸堿溶液所腐蝕的性能。碳化硅陶瓷材料還具有優異的高溫抗氧化特性。高溫氧化時表面生成致密的保護膜，抑制了氧的進一步氧化，因此具有優異的抗氧化性能。目前，SiC涂層的制備方法主要有Si-C原位反應法、化學氣相沉積法等。Si-C原位反應法一般是在1500～1700℃，利用液硅的流動性和蒸汽硅與碳接觸，反應生成碳化硅，此方法制備碳化硅涂層雖操作簡便、成本低，但厚度均勻性控制難度較大，且有殘余硅存在，影響涂層耐腐和高溫抗氧化性能等。目前，氣相沉積法制備碳化硅涂層主要是采用三氯甲基硅烷為原料、氫氣或氬氣為載氣，在1100℃左右，數百小時的沉積，最終可獲得結合緊密、性能優異的碳化硅涂層。但由于三氯甲基硅烷具有腐蝕性且易燃易爆、沉積過程中會產生大量HCl氣體、且沉積溫度在1100℃左右，對設備和環境要求嚴格，且制作周期長、成本高。專利CN1994974A報道了一種以聚碳硅烷為原料，在高溫下裂解形成碳化硅涂層。該專利中的聚碳硅烷制備過程復雜，需經過二甲基單體鈉縮合、PDMS精制、高溫熱解等過程，且涂層過程中需采用真空-高壓浸漬工藝將10～80％的聚碳硅烷溶液先帶入有30％孔隙的基體中，對基體選擇性較高，對設備要求較高，后期處理溫度也較高，在900～1500℃。由于在聚碳硅烷在高溫下裂解會有伴隨氣體的揮發和碳化硅體積收縮，因此在孔隙內壁生成的碳化硅涂層會有裂紋產生，需多次浸漬-高壓浸漬，高溫處理才能得到結合均勻的碳化硅涂層。專利CN104264455A報道了一種利用聚碳硅烷制備過程中的副產物碳硅烷在800～900℃制備碳化硅涂層的方法。該專利中原料為聚二甲基硅烷在400～600℃的副產物，操作復雜，且產率較低，且碳硅烷制備碳化硅涂層中需利用氫氣為稀釋氣體。
技術實現思路
為克服上述現有技術的缺陷，本專利技術提供一種原料制備簡單、無毒，設備要求簡單、生產無污染、制備溫度低、制作周期短、效率高的碳化硅涂層的低成本制作方法。本專利技術一種SiC涂層的制備方法，包括以下步驟：步驟一將盛有聚甲基硅烷的石墨容器a置于石墨容器b中，然后將干燥、清潔的待涂工件置于石墨容器b中，抽真空、通入保護氣體，然后再抽真空至石墨容器b中的氣壓小于等于100Pa后，關閉進氣口，升溫至700～1000℃、優選為700～800℃后，保溫得到帶有不定型碳化硅涂層的工件；所述帶有不定型碳化硅涂層的工件中，不定型碳化硅涂層的厚度大于等于5微米；步驟二將步驟一所得帶有不定型碳化硅涂層的工件；置于燒結爐中，在真空氣氛或保護氣氛下燒結，得到帶β碳化硅涂層的工件；所述燒結的溫度為1500～1600℃。本專利技術一種SiC涂層的制備方法，石墨容器a和石墨容器b的體積比為1：3～10，石墨容器a為開口，石墨容器b為帶進氣口、可密封的容器。本專利技術一種SiC涂層的制備方法，步驟一中，升溫至700～1000℃時，控制升溫速率為10～30℃/min，優選為15～20℃/min。為了提高產品涂層的質量，本專利技術一種SiC涂層的制備方法，所述步驟一包括下述操作：步驟一a按1m3的石墨容器a裝10-20kg聚甲基硅烷的比例配取聚甲基硅烷；然后將配取的聚甲基硅烷盛入石墨容器a，并將盛有聚甲基硅烷的石墨容器a置于石墨容器b中，然后將干燥、清潔的待涂工件置于石墨容器b中，抽真空、通入保護氣體，然后再抽真空至石墨容器b中的氣壓小于等于100Pa后，關閉進氣口，升溫至700～1000℃、優選為700～800℃，保溫0.5-1.5小時后，以3-5℃/min的降溫速率降溫至100℃以下，得到帶有第一層不定型碳化硅涂層的工件；步驟一b以帶有第i層不定型碳化硅涂層的工件為待涂工件，重復步驟一a的操作，得到帶有第i+1層不定型碳化硅涂層的工件；再繼續重復步驟一a直至所有不定型碳化硅涂層的厚度之和大于等于5微米；優選為大于等于10微米；所述i大于等于1。本專利技術一種SiC涂層的制備方法，步驟一a、步驟一b中，以3-5℃/min的降溫速率降溫時，打開進氣口往石墨容器b內通入氮氣，將石墨容器b的氣壓控制在0.101-0.12MPa。本專利技術一種SiC涂層的制備方法，所述聚甲基硅烷的平均質量為800～900、黏度為0.02～0.03cps。本專利技術一種SiC涂層的制備方法，所述碳化硅涂層制備過程中，不需要加入氫氣作為稀釋氣體。本專利技術一種SiC涂層的制備方法，待涂工件置于石墨容器b后，不與液態聚甲基硅烷接觸。本專利技術一種SiC涂層的制備方法，聚甲基硅烷是通過下述步驟制備的：步驟A將鋁粉加入鈉砂中，保護氣氛下，攪拌，得到備用鈉砂；所述備用鈉砂中Al與Na的質量比為1:12～1:15；所述鋁粉的粒度為30-50um，鈉砂的粒度為0.5-10um；步驟B按Na與Si的摩爾比，Na:Si＝2.5～1:2～1配取備用鈉砂和單體；在保護氣氛下，先將鈉砂裝入反應釜中，然后加入有機溶劑；攪拌，升溫至70-85℃后，，分至少2次將配取的單體滴入反應釜中，攪拌，進行回流反應；得到反應后液；所述單體為二氯甲基硅烷；所述有機溶劑選自烷烴、芳香烴中的一種、優選為甲苯；有機溶劑與所配取單體的體積之比為6:1～8:1；步驟C在保護氣氛下，對步驟二所得反應后液進行離心處理，離心所得液體在保護氣氛下經蒸餾處理，得到聚甲基硅烷。在工業化應用時，將鋁粉加入鈉砂中，保護氣氛下，于常溫下攪拌，得到備用鈉砂；攪拌的速度為100～130轉/分鐘。所述鈉砂是通過下述方案制備的：將鈉塊浸沒于裝有甲苯的反應釜中，在保護氣氛中，將鈉塊加熱至97-98℃，攪拌，直至鈉塊完全破碎后冷卻至室溫；得到粒度為0.5～10um的鈉砂。步驟B中，所配取的單體分3-6次加入反應釜中，每次加入采用滴加的方式加入，滴加的速度為20-30mL/min；每次滴加完成后，攪拌120～1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種SiC涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一將盛有聚甲基硅烷的石墨容器a置于石墨容器b中，然后將干燥、清潔的待涂工件置于石墨容器b中，抽真空、通入保護氣體，然后再抽真空至石墨容器b中的氣壓小于等于100Pa后，關閉進氣口，升溫至700～1000℃后，保溫得到帶有不定型碳化硅涂層的工件；所述帶有不定型碳化硅涂層的工件中，不定型碳化硅涂層的厚度大于等于5微米；步驟二將步驟一所得帶有不定型碳化硅涂層的工件；置于燒結爐中，在真空氣氛或保護氣氛下燒結，得到帶β碳化硅涂層的工件；所述燒結的溫度為1500～1600℃。

【技術特征摘要】
1.一種SiC涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟一
將盛有聚甲基硅烷的石墨容器a置于石墨容器b中，然后將干燥、清潔的
待涂工件置于石墨容器b中，抽真空、通入保護氣體，然后再抽真空至石墨容
器b中的氣壓小于等于100Pa后，關閉進氣口，升溫至700～1000℃后，保溫得
到帶有不定型碳化硅涂層的工件；所述帶有不定型碳化硅涂層的工件中，不定
型碳化硅涂層的厚度大于等于5微米；
步驟二
將步驟一所得帶有不定型碳化硅涂層的工件；置于燒結爐中，在真空氣氛或
保護氣氛下燒結，得到帶β碳化硅涂層的工件；所述燒結的溫度為1500～1600℃。
2.根據權利要求1所述的一種SiC涂層的制備方法，其特征在于：石墨容器
a和石墨容器b的體積比為1：3～10，石墨容器a為開口，石墨容器b為帶進氣
口、可密封的容器。
3.根據權利要求1所述的一種SiC涂層的制備方法，其特征在于：步驟一中，
升溫至700～1000℃時，控制升溫速率為10～30℃/min。
4.根據權利要求1所述的一種SiC涂層的制備方法，其特征在于：所述步驟
一包括下述操作：
步驟一a
按1m3的石墨容器a裝10-20kg聚甲基硅烷的比例配取聚甲基硅烷；然后將
配取的聚甲基硅烷盛入石墨容器a，并將盛有聚甲基硅烷的石墨容器a置于石墨
容器b中，然后將干燥、清潔的待涂工件置于石墨容器b中，抽真空、通入保

\t護氣體，然后再抽真空至石墨容器b中的氣壓小于等于100Pa后，關閉進氣口，
升溫至700～1000℃、優選為700～800℃，保溫0.5-1.5小時后，以3-5℃/min的
降溫速率降溫至100℃以下，得到帶有第一層不定型碳化硅涂層的工件；
步驟一b
以帶有第i層不定型碳化硅涂層的工件為待涂工件，重復步驟一a的操作，
得到帶有第i+1層不定型碳化硅涂層的工件；再繼續重復步驟一a直至所有不定
型碳化硅涂層的厚度之和大于等于5微米；所述i大于等于1。
5.根據權利要求4所述的一種SiC涂層的制備方法，其特征在于：步驟一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣軍軍，金輝亞，趙倩倩，彭國強，
申請(專利權)人：湖南博望碳陶有限公司，
類型：發明
國別省市：湖南;43