复合陶瓷涂层材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于陶瓷涂层技术领域，具体涉及一种复合陶瓷涂层材料及其制备方法和应用。

背景技术：

2.为了加强节能环保的要求，光伏行业得到大力发展。单晶硅太阳能电池片在当前的光伏技术领域中，属于最成熟且光电转换效率相对较高的技术，因此，目前市场对于单晶硅的需求量巨大。

3.单晶硅的生产大多采用直拉法。在单晶硅的加工过程中，用到的化料设备是晶体生长炉。晶体生长炉，包括炉体、炉盖、坩埚、埚邦(又称埚筒)和埚杆，坩埚置于埚邦内，埚邦包括邦壁和邦底，用于承托和摆放坩埚，控制热场的轴向温度梯度和引导气氛流，是坩埚外的承力部件。单晶硅炉最初使用的埚邦是由石墨件和碳毡所形成的组合件，该种组合件存在保温效果较差，使用寿命短的问题，同时作为易损部件，石墨埚邦成本较高。

4.近年来，随着碳纤维增强新材料的兴起，因该类材料具有质量轻，耐高温，高温条件下优异的力学性能，抗热震性能，相比石墨埚邦成本更低等优势，目前单晶硅炉所使用的埚邦材料逐步被碳/碳复合材料所替代。然而，在单晶硅的拉制过程中，炉内会形成一定的硅蒸汽以及一些具有氧化性的sio气体，会对碳/碳坩埚中的碳纤维造成侵蚀，从而影响到埚邦的性能以及使用寿命。因此，需要开发一种能够抗硅化腐蚀和氧化的新材料。

技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种复合陶瓷涂层材料，该复合陶瓷涂层材料以碳/碳坯体为基材，碳/碳坯体内部具有孔隙，碳/碳坯体的外表面以及内部孔隙表面均设有纳米sic-zrc陶瓷复合涂层，外表面的纳米sic-zrc陶瓷复合涂层表面还设有微米sic-zrc陶瓷复合涂层，能够抗硅化腐蚀和抗氧化。

6.本发明还提供了一种制备复合陶瓷涂层材料的方法。

7.本发明还提供了一种埚邦。

8.本发明的第一方面提供了一种复合陶瓷涂层材料，包括碳/碳坯体，所述碳/碳坯体内部具有孔隙，所述碳/碳坯体的外表面以及内部孔隙表面均设有纳米sic-zrc陶瓷复合涂层，所述外表面的纳米sic-zrc陶瓷复合涂层表面还设有微米sic-zrc陶瓷复合涂层。

9.本发明关于复合陶瓷涂层材料的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

10.本发明的复合陶瓷涂层材料，包括碳/碳坯体，碳/碳坯体内部具有孔隙，碳/碳坯体的外表面以及内部孔隙表面均设有纳米sic-zrc陶瓷复合涂层，减少了硅蒸汽与碳接触的通道以及表面积，提高了材料的力学性能。同时，纳米sic-zrc陶瓷复合涂层提供了一个过渡界面，使得碳/碳坯体外表面的纳米sic-zrc陶瓷复合涂层与微米sic-zrc陶瓷复合涂

层之间具有良好的结合强度。

11.本发明的复合陶瓷涂层材料，其中的纳米sic-zrc陶瓷复合涂层和微米sic-zrc陶瓷复合涂层中的sic和zrc为复合相，sic和zrc可以相互抑制，不易粉化，比单一的碳化硅陶瓷涂层具有更高的耐温性能、抗硅腐蚀和抗氧化性能。

12.本发明的复合陶瓷涂层材料，外表面的纳米sic-zrc陶瓷复合涂层表面还设有微米sic-zrc陶瓷复合涂层，能够进一步弥补纳米sic-zrc陶瓷复合涂层中可能存在的孔洞和裂纹，从而材料的外表面完全致密。

13.本发明的复合陶瓷涂层材料，具有成分可控、厚度可调，具有优异的耐高温性能、抗硅侵蚀及抗氧化性能。

14.根据本发明的一些实施方式，所述碳/碳坯体的密度为1.2g/cm3～1.3g/cm3。

15.密度越高，碳/碳坯体的成本越高。密度过低，材料强度不够，难以定型。由此，碳/碳坯体的密度为1.2g/cm3～1.3g/cm3是适宜的密度。

16.根据本发明的一些实施方式，所述碳/碳坯体的密度为1.25g/cm3～1.3g/cm3。

17.根据本发明的一些实施方式，所述碳/碳坯体的密度为1.25g/cm3。

18.根据本发明的一些实施方式，碳/碳坯体可以为2.5d结构，2.5d结构包括层与层间的浅交联结构。

19.本发明的第二方面提供了制备本发明的复合陶瓷涂层材料的方法，包括以下步骤：

20.s1：采用锆改性聚甲基硅烷溶液对所述碳/碳坯体进行浸渍处理；

21.s2：将步骤s1处理后的基材在保护气氛下进行第一次烧结；

22.s3：用sic-zrc浆料对步骤s2处理后的基材表面进行涂覆处理后，在保护气氛下进行第二次烧结。

23.本发明关于制备复合陶瓷涂层材料的方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

24.本发明的方法，先采用锆改性聚甲基硅烷溶液对碳/碳坯体进行浸渍处理，然后烧结，可以在碳/碳坯体外表面形成一层均匀且厚度可调的sic-zrc陶瓷涂层，且锆改性聚甲基硅烷溶液在烧结过程中裂解产生的sic-zrc还可以填充到碳/碳坯体内部的孔隙中，在碳/碳坯体内部的孔隙表面形成sic-zrc陶瓷复合涂层，由此，减少了硅蒸汽与碳接触的通道以及表面积，提高了材料的力学性能。之后，再用sic-zrc浆料对步骤s2处理后的基材表面进行涂覆处理，然后在保护气氛下进行第二次烧结，前步骤中“浸渍-第一次烧结”工艺形成的纳米sic-zrc陶瓷复合涂层能为后续涂覆浆料涂层提供一个过渡的界面，从而可以确保两层涂层之间的结合强度。

25.此外，和单一使用锆前驱体和碳化硅前驱体浸渍裂解制备复合材料相比，本发明中，使用硅锆一体化的锆改性聚甲基硅烷陶瓷前驱体浸渍裂解制备的复合材料中，zrc和sic分布均匀，结合性更好，材料性能更优。本发明中，锆改性聚甲基硅烷溶液是一种硅锆一体化的陶瓷前驱体溶液，zr原子与聚甲基硅烷分子中的si原子通过化学键结合，属于分子间的参杂，锆改性聚甲基硅烷烧结后得到产物为sic-zrc复合相，zrc和sic的相互抑制作用，导致锆改性聚甲基硅烷裂解产生的zrc和sic结晶温度较高，且晶粒生成较慢，生成的裂解产物更致密，不易粉化，比单一的碳化硅陶瓷涂层具有更高的耐温性能、抗硅腐蚀和抗氧

化性能，也比使用多种混合原料进行浸渍得到的涂层具有更高的耐温性能、抗硅腐蚀和抗氧化性能。同时，由于锆改性聚甲基硅烷在烧结过程中，不可避免的会出现小分子挥发及烧结陶瓷收缩的问题，导致先驱体转化法制备的sic-zrc涂层致密度不够，存在孔洞和裂纹，因此，需要进一步对基体材料进行第二步涂覆涂层的处理，通过在一定浓度的锆改性聚甲基硅烷中加入各种粉体，能够极大地抑制住锆改性聚甲基硅烷烧结陶瓷的收缩，通过调节sic-zrc浆料中的粉体配比，可实现烧成sic-zrc陶瓷的零收缩，从而在材料表面获得完全致密的sic-zrc涂层。

26.本发明中，使用的硅锆一体化陶瓷前驱体为锆改性聚甲基硅烷，和聚碳硅烷制备的硅锆一体化陶瓷前驱体相比，裂解温度更低，且不需进行预氧化处理，因此基体中不含氧，因此锆改性聚甲基硅烷浸渍和涂覆的涂层，对纤维的损伤更小，具有更好的力学性能。

27.本发明的方法，通过调节涂层浆料浓度、涂刷次数，能够很好地控制表面涂层的厚度，并且涂覆操作简单方便，无需机械及智能化控制便可完成。

28.通过本发明的方法制备出的复合陶瓷涂层材料，具有成分可控、厚度可调，具有优异的耐高温性能、抗硅侵蚀及抗氧化性能。

29.根据本发明的一些实施方式，锆改性聚甲基硅烷溶液的制备方法为：

30.在保护气氛、5℃以下，将质量分数为10％的四氯化锆的四氢呋喃溶液缓慢滴加进入聚甲基硅烷的溶液中，加入的四氯化锆与聚甲基硅烷的质量比为1.5：1，控制反应温度在0-5℃以内，搅拌反应一定时间后，依次升温至常温、80℃、120℃反应一段时间，过滤，对滤液进行减压蒸馏，分离出溶剂，剩下的粘稠液体为锆改性聚甲基硅烷，再加入一定量的溶液，配置成质量分数30％～70％的锆改性聚甲基硅烷溶液。

31.根据本发明的一些实施方式，浸渍处理前，对碳/碳坯体抽真空。

32.根据本发明的一些实施方式，浸渍处理前，抽真空时，真空度控制在100pa以内。

33.根据本发明的一些实施方式，所述浸渍处理的时间≥1h。

34.根据本发明的一些实施方式，保护气氛为氮气或氩气。

35.根据本发明的一些实施方式，保护气氛的纯度为99.99％。

36.根据本发明的一些实施方式，所述第一次烧结的温度为700℃～1300℃。

37.根据本发明的一些实施方式，所述第一次烧结的保温时间为1h～5h。

38.根据本发明的一些实施方式，所述第一次烧结的温度为800℃～1000℃。

39.根据本发明的一些实施方式，所述第一次烧结的保温时间为2h～5h。

40.根据本发明的一些实施方式，所述第二次烧结的温度为1700℃～1900℃.

41.根据本发明的一些实施方式，所述第二次烧结的保温时间为1h～3h。

42.根据本发明的一些实施方式，所述第二次烧结的温度为1750℃～1900℃。

43.根据本发明的一些实施方式，所述第二次烧结的保温时间为2h～3h。

44.根据本发明的一些实施方式，sic-zrc浆料的配比为：

45.碳化锆粉：10wt％～30wt％，

46.碳化硅粉：5％～20％，

47.硅化锆粉：10wt％～40wt％，

48.石墨粉：5wt％～15wt％，

49.锆改性聚甲基硅烷：10wt％～25wt％，

50.溶剂：30wt％～60wt％。

51.根据本发明的一些实施方式，sic-zrc浆料的溶剂包括甲苯、二甲苯、四氢呋喃和正己烷中的至少一种。

52.根据本发明的一些实施方式，sic-zrc浆料中，粉体粒径≤10μm。

53.根据本发明的一些实施方式，sic-zrc浆料的制备方法为：将sic-zrc浆料的配料在球磨机内，真空或惰性气氛中球磨3h以上，即可制得有一定粘稠度的细腻的sic-zrc浆料。

54.根据本发明的一些实施方式，所述方法还包括重复所述浸渍处理。

55.根据本发明的一些实施方式，重复所述浸渍处理的次数为1至5次。

56.根据本发明的一些实施方式，所述方法还包括重复所述涂覆处理。

57.根据本发明的一些实施方式，重复所述涂覆处理的次数为1至3次。

58.重复所述涂覆处理前，需要先晾干表面涂料。

59.本发明的第三方面提供了一种埚邦，所述埚邦由本发明的复合陶瓷涂层材料制备得到。

60.本发明关于埚邦的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

61.本发明的埚邦，由于使用了本发明的复合陶瓷涂层材料，因此埚邦不易粉化，比单一的碳化硅陶瓷涂层的埚邦具有更高的耐温性能、抗硅腐蚀和抗氧化性能。

62.本发明的埚邦，外表面的纳米sic-zrc陶瓷复合涂层表面还设有微米sic-zrc陶瓷复合涂层，能够弥补纳米sic-zrc陶瓷复合涂层中可能存在的孔洞和裂纹，从而材料的外表面完全致密。

63.本发明的埚邦，具有成分可控、厚度可调，具有优异的耐高温性能、抗硅侵蚀及抗氧化性能。

64.本发明的埚邦，能够抵抗在单晶硅的拉制过程中，炉内形成的硅蒸汽以及一些具有氧化性的sio气体，防止了碳纤维被侵蚀，因此，埚邦的性能更好，使用寿命更长。

65.根据本发明的一些实施方式，埚邦的基体为碳/碳坯体，可以自行制备，制备方法可以为：

66.先根据所需埚邦的形状及尺寸要求，采用常规碳纤维预制体整体毡的制备方法，将无纬布与网胎层交替堆叠，然后通过针刺的方式，制备得到密度为0.45g/cm3左右的2.5d结构的碳/碳坯体；

67.然后对碳/碳坯体进行增密处理，可以采用化学气相沉积(cvd)的方式，将前步骤获得的碳纤维预制体进行增密，将其增密至密度为1.3g/cm3左右的复合材料，然后进行1600℃以上的高温处理，高温处理可以使气相沉积过程中产生的微观缺陷，如位错、交链、层面乱排等缺陷逐渐去掉，增加定向度，使膨胀降低，增加孔隙率。

68.然后进行机加处理，可以将前步骤得到的1.3g/cm3左右的复合材料进行机加处理，得到密度为1.25g/cm3左右的复合材料埚邦，机加处理的主要目的是精修，即加工成设计图纸所制定的尺寸。

69.最后进行清理，将前步骤准备好的埚邦清理、烘干后，即可通过浸渍、第一次烧结、涂覆、第二次烧结等工序最终制得成品埚邦。

70.根据本发明的一些实施方式，埚邦的基体为碳/碳坯体，也可以直接购买得到，无

需自行制备。

附图说明

71.图1是本发明的埚邦的结构示意图。

72.图2是本发明制备的埚邦的实物示意图。

具体实施方式

73.以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

74.在本发明的一些实施例中，本发明提供了一种复合陶瓷涂层材料，包括碳/碳坯体，碳/碳坯体内部具有孔隙，碳/碳坯体的外表面以及内部孔隙表面均设有纳米sic-zrc陶瓷复合涂层，外表面的纳米sic-zrc陶瓷复合涂层表面还设有微米sic-zrc陶瓷复合涂层。

75.可以理解，本发明的复合陶瓷涂层材料，包括碳/碳坯体，碳/碳坯体内部具有孔隙，碳/碳坯体的外表面以及内部孔隙表面均设有纳米sic-zrc陶瓷复合涂层，减少了硅蒸汽与碳接触的通道以及表面积，提高了材料的力学性能。同时，纳米sic-zrc陶瓷复合涂层提供了一个过渡界面，使得碳/碳坯体外表面的纳米sic-zrc陶瓷复合涂层与微米sic-zrc陶瓷复合涂层之间具有良好的结合强度。

76.还可以理解，本发明的复合陶瓷涂层材料，其中的纳米sic-zrc陶瓷复合涂层和微米sic-zrc陶瓷复合涂层中的sic和zrc为复合相，sic和zrc可以相互抑制，不易粉化，比单一的碳化硅陶瓷涂层具有更高的耐温性能、抗硅腐蚀和抗氧化性能。

77.还可以理解，本发明的复合陶瓷涂层材料，外表面的纳米sic-zrc陶瓷复合涂层表面还设有微米sic-zrc陶瓷复合涂层，能够进一步弥补纳米sic-zrc陶瓷复合涂层中可能存在的孔洞和裂纹，从而材料的外表面完全致密。

78.总之，本发明的复合陶瓷涂层材料，具有成分可控、厚度可调，具有优异的耐高温性能、抗硅侵蚀及抗氧化性能。

79.在本发明的一些实施例中，碳/碳坯体的密度为1.2g/cm3～1.3g/cm3。

80.可以理解，密度越高，碳/碳坯体的成本越高。密度过低，材料强度不够，难以定型。由此，碳/碳坯体的密度为1.2g/cm3～1.3g/cm3是适宜的密度。

81.在本发明的一些实施例中，碳/碳坯体的密度为1.25g/cm3～1.3g/cm3。

82.在本发明的一些实施例中，碳/碳坯体的密度为1.25g/cm3。

83.在本发明的一些实施例中，碳/碳坯体为2.5d结构，2.5d结构包括层与层间的浅交联结构。

84.在本发明的另外一些实施例中，本发明提供了制备本发明的复合陶瓷涂层材料的方法，包括以下步骤：

85.s1：采用锆改性聚甲基硅烷溶液对碳/碳坯体进行浸渍处理；

86.s2：将步骤s1处理后的基材在保护气氛下进行第一次烧结；

87.s3：用sic-zrc浆料对步骤s2处理后的基材表面进行涂覆处理后，在保护气氛下进行第二次烧结。

88.可以理解，本发明的方法，先采用锆改性聚甲基硅烷溶液对碳/碳坯体进行浸渍处

理，然后烧结，可以在碳/碳坯体外表面形成一层均匀且厚度可调的sic-zrc陶瓷涂层，且锆改性聚甲基硅烷溶液在烧结过程中裂解产生的sic-zrc还可以填充到碳/碳坯体内部的孔隙中，在碳/碳坯体内部的孔隙表面形成sic-zrc陶瓷复合涂层，由此，减少了硅蒸汽与碳接触的通道以及表面积，提高了材料的力学性能。之后，再用sic-zrc浆料对步骤s2处理后的基材表面进行涂覆处理，然后在保护气氛下进行第二次烧结，前步骤中“浸渍-第一次烧结”工艺形成的纳米sic-zrc陶瓷复合涂层能为后续涂覆浆料涂层提供一个过渡的界面，从而可以确保两层涂层之间的结合强度。

89.此外，和使用混合原料进行的浸渍相比，比如，与使用用聚碳硅烷和锆前驱体等多种原料组成的混合液浸渍相比，本发明中，由于锆改性聚甲基硅烷溶液是一种单一的化合物溶液，锆改性聚甲基硅烷溶液中的zr可以分散在聚甲基硅烷的分子结构中，属于分子间的参杂，锆改性聚甲基硅烷烧结后得到产物为sic-zrc复合相，zrc和sic的相互抑制作用，导致锆改性聚甲基硅烷裂解产生的zrc和sic结晶温度较高，且晶粒生成较慢，生成的裂解产物更致密，不易粉化，比单一的碳化硅陶瓷涂层具有更高的耐温性能、抗硅腐蚀和抗氧化性能，也比使用多种混合原料进行浸渍得到的涂层具有更高的耐温性能、抗硅腐蚀和抗氧化性能。同时，由于锆改性聚甲基硅烷在烧结过程中，不可避免的会出现小分子挥发及烧结陶瓷收缩的问题，导致先驱体转化法制备的sic-zrc涂层致密度不够，存在孔洞和裂纹，因此，需要进一步对基体材料进行第二步涂覆涂层的处理，通过在一定浓度的锆改性聚甲基硅烷中加入各种粉体，能够极大地抑制住锆改性聚甲基硅烷烧结陶瓷的收缩，通过调节sic-zrc浆料中的粉体配比，可实现烧成sic-zrc陶瓷的零收缩，从而在材料表面获得完全致密的sic-zrc涂层。

90.具体而言，本发明的方法，通过调节涂层浆料浓度、涂刷次数，能够很好地控制表面涂层的厚度，并且涂覆操作简单方便，无需机械及智能化控制便可完成。

91.可以理解，通过本发明的方法制备出的复合陶瓷涂层材料，具有成分可控、厚度可调，具有优异的耐高温性能、抗硅侵蚀及抗氧化性能。

92.在本发明的一些实施例中，锆改性聚甲基硅烷溶液的制备方法为：

93.在保护气氛、5℃以下，将质量分数为10％的四氯化锆的四氢呋喃溶液缓慢滴加进入聚甲基硅烷的溶液中，加入的四氯化锆与聚甲基硅烷的质量比为1.5：1，控制反应温度在0-5℃以内，搅拌反应一定时间后，依次升温至常温、80℃、120℃反应一段时间，过滤，对滤液进行减压蒸馏，分离出溶剂，剩下的粘稠液体为锆改性聚甲基硅烷，再加入一定量的溶液，配置成质量分数30％～70％的锆改性聚甲基硅烷溶液。

94.在本发明的一些实施例中，浸渍处理前，对碳/碳坯体抽真空。

95.在本发明的一些实施例中，浸渍处理前，抽真空时，真空度控制在20pa以内。

96.在本发明的一些实施例中，浸渍处理的时间≥1h。

97.在本发明的一些实施例中，保护气氛为氮气或氩气。

98.在本发明的一些实施例中，保护气氛的纯度为99.99％。

99.在本发明的一些实施例中，第一次烧结的温度为700℃～1300℃。

100.在本发明的一些实施例中，第一次烧结的保温时间为1h～5h。

101.在本发明的另外一些实施例中，第一次烧结的温度为800℃～1300℃。

102.在本发明的另外一些实施例中，第一次烧结的保温时间为2h～5h。

103.在本发明的一些实施例中，第二次烧结的温度为1700℃～1900℃.

104.在本发明的一些实施例中，第二次烧结的保温时间为1h～3h。

105.在本发明的另外一些实施例中，第二次烧结的温度为1750℃～1900℃。

106.在本发明的另外一些实施例中，第二次烧结的保温时间为2h～3h。

107.在本发明的一些实施例中，sic-zrc浆料的配比为：

108.碳化锆粉：10wt％～30wt％，

109.碳化硅粉：5％～20％，

110.硅化锆粉：10wt％～40wt％，

111.石墨粉：5wt％～15wt％，

112.锆改性聚甲基硅烷：10wt％～25wt％，

113.溶剂：30wt％～60wt％。

114.在本发明的一些实施例中，sic-zrc浆料的溶剂包括甲苯、二甲苯、四氢呋喃和正己烷中的至少一种。

115.在本发明的一些实施例中，sic-zrc浆料中，粉体粒径≤10μm。

116.在本发明的一些实施例中，sic-zrc浆料的制备方法为：将sic-zrc浆料的配料在球磨机内，真空或惰性气氛中球磨3h以上，即可制得有一定粘稠度的细腻的sic-zrc浆料。

117.在本发明的一些实施例中，制备方法中，具体步骤还包括重复浸渍处理的过程。

118.在本发明的一些实施例中，重复浸渍处理的次数为1至5次。

119.在本发明的一些实施例中，制备方法中，具体步骤还包括重复涂覆处理。

120.在本发明的一些实施例中，重复涂覆处理的次数为1至3次。

121.重复涂覆处理前，需要先晾干表面涂料。

122.在本发明的另外一些实施例中，本发明提供了一种埚邦，结构参考图1所示，实物参考图2所示。该埚邦由本发明的复合陶瓷涂层材料制备得到。

123.可以理解，本发明的埚邦，由于使用了本发明的复合陶瓷涂层材料，因此埚邦不易粉化，比单一的碳化硅陶瓷涂层的埚邦具有更高的耐温性能、抗硅腐蚀和抗氧化性能。

124.具体而言，本发明的埚邦，外表面的纳米sic-zrc陶瓷复合涂层表面还设有微米sic-zrc陶瓷复合涂层，能够弥补纳米sic-zrc陶瓷复合涂层中可能存在的孔洞和裂纹，从而材料的外表面完全致密。

125.总之，本发明的埚邦，具有成分可控、厚度可调，具有优异的耐高温性能、抗硅侵蚀及抗氧化性能。

126.可以理解，本发明的埚邦，能够抵抗在单晶硅的拉制过程中，炉内形成的硅蒸汽以及一些具有氧化性的sio气体，防止了碳纤维被侵蚀，因此，埚邦的性能更好，使用寿命更长。

127.在本发明的一些实施例中，埚邦的基体为碳/碳基体，可以自行制备，也可以直接从市场购买得到。若自行制备，制备方法可以为：

128.先根据所需埚邦的形状及尺寸要求，采用常规碳/碳埚邦的制备方法，将无纬布与网胎层交替堆叠，然后通过针刺的方式，制备得到密度为0.45g/cm3左右的2.5d结构的碳/碳埚邦；

129.然后对碳/碳埚邦进行增密处理，可以采用化学气相沉积(cvd)的方式，将前步骤

获得的碳/碳埚邦进行增密，将其增密至密度为1.3g/cm3左右的复合材料，然后进行1600℃以上的高温处理，高温处理的目的是对碳/碳埚邦进行开孔处理和除杂质。

130.然后进行机加处理，可以将前步骤得到的1.3g/cm3左右的碳/碳埚邦进行机加处理，得到密度为1.25g/cm3左右的碳/碳埚邦，机加处理的主要目的是精修，即加工成设计图纸所制定的尺寸。

131.最后进行清理，将前步骤准备好的埚邦清理、烘干后，即可通过浸渍、第一次烧结、涂覆、第二次烧结等工序最终制得成品埚邦。

132.需要说明的是，浸渍和第一次烧结前使用的埚邦碳/碳基体可以直接从市场购买得到。

133.下面再结合具体的实施例，来更好的理解本发明关于复合陶瓷涂层材料、制备方法和埚邦制得技术方案。

134.实施例

135.本实施例制备了一种埚邦，具体步骤如下：

136.1、先制备出密度为1.25g/cm3的碳/碳埚邦基体，制备方法如下：

137.(a)碳/碳坯体的制备：根据所需埚邦的形状及尺寸要求，采用常规碳/碳埚邦坯体的制备方法，将无纬布与网胎层交替堆叠，然后通过针刺的方式，制备得到密度为0.45g/cm3的2.5d结构的碳/碳埚邦坯体；

138.(b)碳/碳坯体的增密：采用化学气相沉积(cvd)的方式，以丙烷作为化学气相沉积的气源，将步骤(a)获得的碳/碳坯体进行增密，将其增密至密度为1.33g/cm3左右，再进行1800℃的高温处理；

139.(c)机加处理：将步骤(b)得到的1.33g/cm3左右的碳/碳坯体进行机加处理。得到密度为1.25g/cm3的碳/碳坯体；

140.(d)清理：将步骤(c)得到的碳/碳坯体清理，烘干；

141.步骤1中，碳/碳埚邦基体可以直接购买得到，不需要自行制备。

142.2、配40wt％的锆改性聚甲基硅烷溶液浸渍液，该浸渍液中锆改性聚甲基硅烷的浓度为40wt％，溶剂为甲苯，具体配制方法为：

143.在保护气氛、5℃以下，将质量分数为10％的四氯化锆的四氢呋喃溶液缓慢滴加进入聚甲基硅烷的溶液中，加入的四氯化锆与聚甲基硅烷的质量比为1.5：1，控制反应温度在0-5℃以内，搅拌反应一定时间后，依次升温至常温、80℃、120℃反应一段时间，过滤，对滤液进行减压蒸馏，分离出溶剂，剩下的粘稠液体为锆改性聚甲基硅烷，再加入一定量的溶液，配置成40wt％的锆改性聚甲基硅烷溶液。

144.3、将密度为1.25g/cm3的碳/碳埚邦放入浸渍罐中，抽真空，控制真空度为15pa；

145.4、浸渍罐内进淹没埚邦的40wt％的锆改性聚甲基硅烷溶液，真空浸渍3h；

146.5、浸渍罐内充氮气至常压，退回浸渍液；

147.6、将浸渍完的碳/碳埚邦置于烧结炉内，氮气下进行800℃烧结2h；

148.7、重复步骤2至5，重复2次，至埚邦密度为1.42g/cm3；

149.8、配制sic-zrc浆料：

150.将碳化锆粉15wt％，碳化硅粉5％，硅化锆粉25wt％，石墨粉5wt％，zr-pms20wt％，溶剂30wt％，粉体粒径为3μm左右，球磨4h；

151.9、在步骤7得到的埚邦内外表面涂步骤8配制的浆料2次；

152.10、将涂刷完成的埚筒装入烧结炉中,氩气气氛1750℃烧结，保温2h；

153.11、烧结完成的碳/碳埚邦表面得到一层均匀致密的微米级sic-zrc陶瓷复合涂层。

154.经耐高温测试，本实施例制备的埚邦，1700℃真空或惰性气氛中10h，埚邦的涂层没有出现粉化，说明涂层具有优良的耐烧蚀性。

155.经实际使用测试，表面制备sic-zrc复合陶瓷涂层的埚邦，使用寿命达到8个月。而同密度下的碳碳锅邦，在锅邦表面有沉积碳涂层的情况下，使用寿命仅6个月左右。说明sic-zrc陶瓷复合涂层和沉积碳涂层相比，具有更优的抗硅侵蚀和抗氧化性。

156.上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。技术特征：

1.一种复合陶瓷涂层材料，其特征在于，包括碳/碳坯体，所述碳/碳坯体内部具有孔隙，所述碳/碳坯体的外表面以及内部孔隙表面均设有纳米sic-zrc陶瓷复合涂层，所述外表面的纳米sic-zrc陶瓷复合涂层表面还设有微米sic-zrc陶瓷复合涂层。2.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷涂层材料，其特征在于，所述碳/碳坯体的密度为1.2g/cm3～1.3g/cm3。3.一种制备如权利要求1或2所述的复合陶瓷涂层材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：采用锆改性聚甲基硅烷溶液对所述碳/碳坯体进行浸渍处理；s2：将步骤s1处理后的基材在保护气氛下进行第一次烧结；s3：用sic-zrc浆料对步骤s2处理后的基材表面进行涂覆处理后，在保护气氛下进行第二次烧结。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述浸渍处理前，对碳/碳坯体抽真空。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述浸渍处理的时间≥1h。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一次烧结的温度为700℃～1300℃，保温时间为1h～5h。7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二次烧结的温度为1700℃～1900℃，保温时间为1h～3h。8.根据权利要求3至7任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括重复所述浸渍处理。9.根据权利要求3至7任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括重复所述涂覆处理。10.一种埚邦，其特征在于，所述埚邦由权利要求1或2所述的复合陶瓷涂层材料制备得到。

技术总结

本发明涉及一种复合陶瓷涂层材料及其制备方法和应用。根据本发明的复合陶瓷涂层材料，包括碳/碳坯体，所述碳/碳坯体内部具有孔隙，碳/碳坯体的外表面以及内部孔隙表面均设有纳米SiC-ZrC陶瓷复合涂层，外表面的纳米SiC-ZrC陶瓷复合涂层表面还设有微米SiC-ZrC陶瓷复合涂层，具有优良的抗硅化腐蚀和抗氧化性能。本发明还提供了上述复合陶瓷涂层的制备方法，以及由上述复合陶瓷涂层材料制备的埚邦。邦。邦。

技术研发人员：张西岩 蒋军军 彭国强

受保护的技术使用者：湖南博望碳陶有限公司

技术研发日：2022.11.15

技术公布日：2023/4/5