石墨材料的抗氧化涂层制备方法
近年来，国内外对抗氧化涂层的研究有了快速的发展。根据材料不同的使用环境，需要的防护也不一样，涂层的制备方法直接影响到其防护性能的发挥。按照涂层制备工艺可以将抗氧化防护涂层制备方法可分为：料浆法、溶胶-凝胶法、先驱体转化法、气相沉积法、喷涂法和包埋法等。料浆法
料浆法制备抗氧化涂层是将陶瓷粉和高熔点的金属(如Ti，Mo，Zr，Ni等)或者其化合物，经过一系列工艺制作而成，使材料获得较好的抗氧化性。具体来说是先将各种粉料烘干，以减少其团聚；其次是球磨，一方面使粉料细化，另一方面使其具有各种不规则形状，提高粉料在涂刷时的吸附性；之后是过筛，以减少粉料粒度不同对试验结果的影响；然后将粉料与溶剂混合均匀，制成料浆，涂刷在石墨材料表面，在氩气流保护气氛下固化进行高温烧结。
一些电热元件最常使用的抗氧化涂层就是釆用料浆法在基体表面涂覆制作而成的。如SiC电热元件，其抗氧化涂层制备方法就是将MoSi2制备成料浆，将料浆涂覆在基体上而得到的，这样制得的涂层可以大大提高元件的使用寿命。
采用料浆法制备抗氧化涂层的制备工艺简单，容易操作。但是将料浆涂覆在基体表面时，不能够保证基体中的微孔都能被有效的涂覆。另外，该方法制备涂层的烧结温度较高。涂层的致密性和均匀性较差，并且这种方法制备的涂层容易开裂，这些都限制了料浆法制备抗氧化涂层的广泛应用。
溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶制备抗氧化涂层的方法是先将分散相放于胶体中，然后使分散相在一定条件下和胶体共同形成均匀透明的溶胶。然后将由此所得到的的溶胶涂覆在基体上，干燥后基体表面的溶胶便形成一层凝胶。最后，通过烧结在使这层凝胶在材料表面形成一层抗氧化涂层。
有研究就将四乙氧基硅烷与乙醇混合制得溶胶，然后将待处理试样放入其中进行浸渍处理，于空气中干燥。在Ar气保护下进行高温处理，在材料表面制备了一层SiC/SiO2涂层，这层涂层能为材料能提供有效的抗氧化作用。
该方法同样具有可操作性强，成本低廉的优点。另外该方法对有内孔的材料或者是具有不规则几何形状的材料都能进行有效的涂覆，而且烧结温度低。但是，由于溶胶中组分的固相含量较低，造成所制备的涂层干燥应力过大，使得所制得的涂层容易产生裂纹，或者是容易开裂，这样就不易采用这种方法在材料表面制备较厚的涂层。此外，溶胶的稳定条件比较严格，需要精确的控制。另外，在溶胶干燥为胶凝的过程中容易形成大量的微气孔，造成所制备的涂层的力学性能较低。
先驱体转化法
先驱体转化法是在真空环境下釆用一些有机物作为先驱体，浸渍基体，交联固化，在惰性气体保护下进行高温裂解，,在材料表面得到一层抗氧化涂层。有研究采用有机高分子在材料表面经过高温裂解制备出SiC陶瓷，从此兴起了采用有机高分子转化陶瓷的研究。该种方法工艺简单，制备温度相对较低，可以通过设计先驱体分子来调节涂层的性质及结构，能制备形状结构复杂的构件，因此成为当前制备陶瓷材料的主要方法。常用的先驱体主要是硅烷系列的高分子化合物，由于是失去小分子的裂解过程，因此需要多次处理才达到致密化，因此制备周期较长。
虽然先驱体转化法制备陶瓷材料得到了大量的研究，但是由于转化过程中的体积收缩，以先驱体转化法制备连续致密的SiC涂层并不多见。仅见有学者用聚碳硅烷(PCS)溶液浸渍或涂覆碳材料制备致密的SiC涂层，研究了聚碳硅烷溶液浓度、浸渍时间及次数、预氧化处理和升温速率对SiC涂层形貌及性能的影响。
由于先驱体转化法本身存在着体积收缩的缺点，有学者通过添加活性或者惰性颗粒来进行改性先驱体，研究了AlN及B填料对于形成SiC材料的影响。除此之外，添加异质元素对SiC陶瓷先驱体进行物理和化学改性也得到了大量研究。研究表明，在陶瓷先驱体中引入异质元素不仅能提高陶瓷材料的耐温性、致密性，抑制SiC在高温下晶粒的的快速长大，还能实现其功能多样化。
有机聚合物先驱体转化法，特别是采用聚碳硅烷(PCS)作为先驱体制备SiC，是目前研究的热点。但是，聚碳硅烷成本较高，并且溶剂不易选择，制备周期较长，由此方法所制得的涂层致密性连续性还不是十分理想。
因此，需要对材料做进一步处理，以在材料表面甚至内层形成耐高温的连续致密的SiC涂层，更加有效的提高其抗氧化性能。
气相沉积法
气相沉积法最早是用于制备半导体薄膜，主要包括物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两种。
物理气相沉积的原理是采用涂层材料作为靶材，利用高温热源让靶材气化蒸发为等离子体向基体传输，并使其在基体材料上附着进而沉积形成涂层。为了保护靶材在高温下不被氧化，物理气相沉积一般是在真空或保护气氛中进行，需要较高能量的蒸发源使靶材气化蒸发。
该种方法的优点是直接以涂层材料作为靶材，由于靶材具有良好的可设计性，因此所制备的涂层也就具有较好的可设计性。并且该种方法所制得涂层杂质较少，表面光滑，致密度好。工艺简便易行，比较灵活，对于制备成分复杂、点高的涂层具有良好的适用性。但是，由于靶材的要求及操作空间的限制，该方法不适用于制备较大面积的涂层，而且所制备的涂层与基体的附着力不高，容易脱落。
化学气相沉积是先使涂层材料气化分解为蒸汽。使蒸汽在基体上附着。这种附着不是简单的物理吸附，而是沉积在基体上的同时与基体发生化学反应。有研究以有机硅溶液通过化学气相沉积法在960℃于材料表面成功制备了一层均一、附着性好、无气孔的SiC涂层。也有研究先用丁烷在基体表面热裂解制备一层热解碳内层，然后釆用CVD法在1000℃，5Kpa压力下经过120h在石墨基体表面制备了一层SiC涂层[。釆用化学气相法制备涂层的优点是在相对较低的温度下不仅可以在材料表面制备出玻璃态物质，还可以制备出晶态物质。该方法对材料本身的损伤小，而且涂层结构与化学成分可设计性强，可以同时渗透多件制品，也适用于形状复杂的材料。
总的来说,釆用气相沉积法所制得的涂层与基体结合不牢固，并且制备工艺复杂，生产成本相对较高，致密化周期长，不适用于对较大尺寸的表面进行沉积。另外，气相沉积法制备涂层的工艺还不是太成熟。例如，在对不规则孔径的内孔壁进行沉积时，孔内外会有温度差，这就会造成孔外层先被涂层沉积进而封闭，导致内层的涂层沉积不均匀、不完整。
喷涂法
喷涂法一般分为热喷涂法和冷喷涂法。热喷涂法通常是先利用高温热源使涂层材料熔化或者软化，然后采用高速射流使涂层材料雾化成微细液滴或高温颗粒，使其喷射到经过预处理的基体表面，在基体表面形成涂层。有研究以热喷涂法在材料表面制备了一层MoSi2基的涂层，涂覆了该涂层的试样在1773K的空气中400h氧化失重仅为1.14%,经过多次热震涂层与基体的连接依然牢固,不会发生脱落。
冷喷涂法是利用高速气体推进固体金属颗粒，以使其具有较高的速度。当高速金属颗粒遇到石墨基体时便会和基体结合在一起，在石墨基体表面形成一层涂层。这种方法制备的涂层结构致密，气孔率低，并且涂层与基体结合良好，界面上几乎没有缺陷。F.Robitaille等人采用脉冲气体动态喷涂工艺在材料表面制备了一层抗氧化涂层，取得了良好的抗氧化效果。该种方法制备抗氧化涂层对基体材料伤害小，涂层的成分具有较好的可设计性。
通过喷涂法所制备的涂层，与基体的结合不是通过化学键，而是通过涂层与基体之间的机械力来实现。因此该方法对材料表面的要求较高，其粗糙度、洁净度以及表面活性都会影响到涂层的性能。通常情况下，为了使材料表面获得较高的活性，一般先采用喷砂或者化学腐蚀的方法处理基体材料表面，然后再进行喷涂处理。
热喷涂法的热利用率不高，成本相对过高。总的来说，喷涂法制备抗氧化涂层试验装备比较复杂，对工艺参数有较严的要求。而且，利用喷涂法制备的涂层均匀性和致密性不能得到有效保证，涂层中会含有一定数量的孔隙以及夹杂物。另外，所喷涂的金属颗粒无法进入基体孔洞内部的问题，因此不适用于形状较为复杂的试样。
包埋法
包埋法是先设计出包埋粉，然后将基体包埋于粉料中，采用惰性气体进行保护。通过高温热烧结，基体与粉料发生反应，由此在石墨基体表面上形成涂层。包埋法由于其工艺简便，可操作性强，是目前应用最广泛的制备方法。
有研究以包埋法在石墨材料表面制备了一层抗氧化涂层，并研究了不同掺加剂的掺加对涂层的抗氧化性及热震性能的影响。也有研究以包埋法在材料表面制备了一层抗氧化涂层涂层，该涂层能保障基体材料在1773K的高温含氧气氛下仍然具有良好的抗氧化性。
涂层法制备抗氧化涂层工艺简便易行，成本较低，对基体材料损伤小。可以釆用包埋法在材料表面制备出一层具有一定浓度梯度的涂层。通过该种方法所制得的涂层与基体之间没有明显的界限，结合强度髙。
石墨管子换热器哪家强？ {:1106_365:}
谢谢楼主分享
页:
[1]