本發(fā)明屬于涂層制備，具體涉及一種基于激光燒蝕多尺度理化微結(jié)構(gòu)的陶瓷基復(fù)合材料表面涂層強(qiáng)化粘結(jié)方法。

背景技術(shù)：

1、陶瓷基復(fù)合材料(cmc)因其優(yōu)異的物理性能(包括耐高溫、機(jī)械強(qiáng)度、抗氧化、耐腐蝕和低密度)而成為航空航天、軌道交通和核電等領(lǐng)域有前途的材料。為應(yīng)對極端服役環(huán)境，陶瓷基復(fù)合材料零部件在機(jī)械加工后的表面覆蓋均勻涂層，以提高其熱沖擊性能、空氣動力學(xué)特性和耐磨性。因此，陶瓷基復(fù)合材料表面對涂層的親和力至關(guān)重要，這直接影響到涂層的服役性能和使用壽命。

2、陶瓷基復(fù)合材料需要在極端高溫和高壓的工作環(huán)境下服役，然而其材料和涂層之間的親和力不足常常導(dǎo)致開裂或脫落。在涂層制備過程中，親水表面可以更有利于涂層材料的吸附和粘接，使形成的涂層界面結(jié)合更牢固。因此，在陶瓷基復(fù)合材料上制備超親水表面比提高加工質(zhì)量顯得更重要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光燒蝕多尺度理化微結(jié)構(gòu)的陶瓷基復(fù)合材料表面涂層強(qiáng)化粘結(jié)方法，在陶瓷基復(fù)合材料表面制造具有超親水性的微結(jié)構(gòu)，提升涂層結(jié)合強(qiáng)度。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明公開了一種基于激光燒蝕多尺度理化微結(jié)構(gòu)的陶瓷基復(fù)合材料表面涂層強(qiáng)化粘結(jié)方法，包括以下步驟：

4、(1)使用激光在陶瓷基復(fù)合材料表面以交叉方式掃描，在激光燒蝕面上形成多尺度物理微觀結(jié)構(gòu)；多尺度物理微觀結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)狀燒蝕槽，網(wǎng)狀燒蝕槽中的碳纖維升華形成管狀通道，網(wǎng)狀燒蝕槽之間形成凸板陣列，凸板陣列上由納米顆粒組成團(tuán)聚體燒蝕產(chǎn)物；

5、(2)被激光燒蝕的陶瓷基復(fù)合材料通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣相sio2，氣相sio2捕獲液滴，然后通過網(wǎng)狀燒蝕槽中的管狀通道流入陶瓷基復(fù)合材料里的孔隙，獲得了具有超親水性的功能性表面；

6、(3)在激光燒蝕后的陶瓷基復(fù)合材料表面制備涂層。

7、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟(1)中，設(shè)置激光功率在4-10w，掃描距離在50-110μm，掃描速度為500mm/min。

8、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟(1)中，激光為皮秒激光。

9、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟(1)中，凸板陣列的寬度為20-50μm，團(tuán)聚體燒蝕產(chǎn)物的粒徑為1-10μm，納米顆粒的粒徑為200-400nm。

10、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟(2)中，氣相sio2捕獲液滴的原因是氣相sio2的si-o鍵吸收氫原子，形成高度親水性的羥基，羥基吸附水并且溶于水。

11、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟(3)中，通過等離子噴涂技術(shù)在激光燒蝕后的陶瓷基復(fù)合材料表面制備涂層。

12、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述陶瓷基復(fù)合材料以碳化硅為陶瓷基體，以碳纖維為增強(qiáng)纖維。

13、本發(fā)明的有益效果為：

14、本發(fā)明利用激光在陶瓷基復(fù)合材料表面加工出多尺度物理微觀結(jié)構(gòu)，該多尺度物理微觀結(jié)構(gòu)顯著改善了陶瓷基復(fù)合材料的潤濕性，同時為水的吸附和滲透提供了通道，使得材料表面能夠快速吸收水滴，因此獲得了具有超親水性的功能性表面，顯著提升了陶瓷基復(fù)合材料與涂層的結(jié)合強(qiáng)度。

15、另外，這種超親水表面是通過物理和化學(xué)作用共同實現(xiàn)的，沒有觀察到由激光消融引起的熱裂紋，該方法對材料的損傷較小。

技術(shù)特征：

1.一種基于激光燒蝕多尺度理化微結(jié)構(gòu)的陶瓷基復(fù)合材料表面涂層強(qiáng)化粘結(jié)方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光燒蝕多尺度理化微結(jié)構(gòu)的陶瓷基復(fù)合材料表面涂層強(qiáng)化粘結(jié)方法，其特征要于：所述步驟(1)中，設(shè)置激光功率在4-10w，掃描距離在50-110μm，掃描速度為500mm/min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光燒蝕多尺度理化微結(jié)構(gòu)的陶瓷基復(fù)合材料表面涂層強(qiáng)化粘結(jié)方法，其特征要于：所述步驟(1)中，激光為皮秒激光。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光燒蝕多尺度理化微結(jié)構(gòu)的陶瓷基復(fù)合材料表面涂層強(qiáng)化粘結(jié)方法，其特征要于：所述步驟(1)中，凸板陣列的寬度為20-50μm，團(tuán)聚體燒蝕產(chǎn)物的粒徑為1-10μm，納米顆粒的粒徑為200-400nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光燒蝕多尺度理化微結(jié)構(gòu)的陶瓷基復(fù)合材料表面涂層強(qiáng)化粘結(jié)方法，其特征要于：所述步驟(2)中，氣相sio2捕獲液滴的原因是氣相sio2的si-o鍵吸收氫原子，形成高度親水性的羥基，羥基吸附水并且溶于水。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光燒蝕多尺度理化微結(jié)構(gòu)的陶瓷基復(fù)合材料表面涂層強(qiáng)化粘結(jié)方法，其特征要于：所述步驟(3)中，通過等離子噴涂技術(shù)在激光燒蝕后的陶瓷基復(fù)合材料表面制備涂層。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項所述的基于激光燒蝕多尺度理化微結(jié)構(gòu)的陶瓷基復(fù)合材料表面涂層強(qiáng)化粘結(jié)方法，其特征要于：所述陶瓷基復(fù)合材料以碳化硅為陶瓷基體，以碳纖維為增強(qiáng)纖維。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于激光燒蝕多尺度理化微結(jié)構(gòu)的陶瓷基復(fù)合材料表面涂層強(qiáng)化粘結(jié)方法，包括以下步驟：(1)使用激光在陶瓷基復(fù)合材料表面以交叉方式掃描，在激光燒蝕面上形成多尺度物理微觀結(jié)構(gòu)；(2)被激光燒蝕的陶瓷基復(fù)合材料通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣相SiO<subgt;2</subgt;，氣相SiO<subgt;2</subgt;捕獲液滴，然后通過網(wǎng)狀燒蝕槽中的管狀通道流入陶瓷基復(fù)合材料里的孔隙，獲得了具有超親水性的功能性表面；(3)在激光燒蝕后的陶瓷基復(fù)合材料表面制備涂層。本發(fā)明顯著改善了陶瓷基復(fù)合材料的潤濕性，獲得了具有超親水性的功能性表面，顯著提升了陶瓷基復(fù)合材料與涂層的結(jié)合強(qiáng)度。

技術(shù)研發(fā)人員：周坤,陳欣宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8