[發明專利]一種水熱結合高溫固相改性碳/碳復合材料的方法

有效

• 申請號: 201110374943.7
• 申請日: 2011-11-23
• 公開（公告）號: CN102503561A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 黃劍鋒;朱佳;曹麗云;王敦強
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C04B41/85
• 分類號: C04B41/85
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域：

本發明涉及一種碳/碳復合材料的基體改性方法，具體涉及一種水熱結合高溫固相改性碳/碳復合材料的方法。

背景技術

碳/碳復合材料(簡稱C/C復合材料)是目前世界上先進復合材料領域的研究熱點，它具有一系列的優點，如質量輕、耐高溫、吸收能量大、摩擦性能好等，因而在航空、航天及許多民用領域得到廣泛應用，C/C復合材料最引人注目的應用是航天飛機的抗氧化C/C鼻錐帽和機翼前緣，用量最大的C/C復合材料產品是超音速飛機的剎車片。C/C復合材料的發展也是和航空航天技術所提出的苛刻要求緊密相關。近十年來，C/C復合材料的研究進入了提高性能和擴大應用的階段。

C/C復合材料在使用中的一個嚴重不足是氧化侵蝕，在空氣中C/C復合材料在400℃左右即開始氧化，隨著使用溫度的升高，性能受到嚴重影響。有研究指出，C/C復合材料的氧化失重率為1％時，強度大約損失10％[羅瑞盈，楊崢.炭/炭復合材料研究新進展[J].炭素技術，1997，(3)：38]。因此，C/C復合材料的研究集中在氧化侵蝕問題，國內外已展開大量的研究。大量研究表明，表面涂層[Huang-Jian-Feng.SiC/yttrium?silicate?multi-layer?coating?foroxidation?protection?of?carbon/carbon?com-posites.Journalof?Materials?Science?39(2004)7383-7385]和基體改性[易茂中，葛毅成，等.預浸涂對航空剎車副用C/C復合材料抗氧化涂層性能的影響[J].中國有色金屬，12(2002)260-263]是改善C/C復合材料抗氧化的有效途徑。

目前為止，涂層技術相對發展的比較成熟，致力于在高溫階段的抗氧化有其特殊的優勢，但是存在不足之處，被用作涂層的陶瓷材料與C/C復合材料基體通常存在一個相容性問題——物理化學相容性和機械相容性不好，尤其是在多次熱沖擊之后，涂層存在脫離或剝落的危險[郭全貴，宋進仁，等.碳材料高溫氧化防護陶瓷涂層體系研究進展[J].宇航材料工藝.1998.(2)：11-16]?；w改性的方法主要有浸漬法、添加劑法和基體置換法[楊星，崔紅，閆聯生.C/C復合材料基體改性研究現狀[J].材料導報，2007，21(7)：24-29]。

添加劑法是將抗氧化前軀體以固相顆粒的形式引入到碳基體中去，這些添加劑暴露在高溫有氧環境中熔化為部分玻璃態，以堵塞和填充C/C復合材料中的各活性點，減少氧化反應的發生?；w置換法主要是采用具有抗氧化性能的材料填充到C/C復合材料中，以置換C/C復合材料的部分基體碳，從而提高抗氧化性能，但其成本比較高，制備工藝復雜。

有研究表明，水熱浸漬處理技術提供了一條較好的C/C復合材料基體抗氧化的改性途徑[王妮娜，黃劍鋒，等.硅溶膠水熱處理及添加B₂O₃微粉改性碳/碳復合材料的抗氧化性能[J]。硅酸鹽學報.2008.36(11)：73-77]。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單，反應過程易控制，原料價格低廉，成本低的水熱結合高溫固相改性碳/碳復合材料的方法，按本發明的方法改性后的碳/碳基體抗氧化性能明顯提高。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

1)將硼酸鋁晶須、氧化鋁微粉、氧化硼微粉按照(1-4)∶(2-4)∶(5-10)的摩爾比混合均勻得混合微粉；

2)將磷酸用去離子水稀釋成濃度為20～50％的磷酸溶液，將步驟1)的混合微粉加入磷酸溶液中，在磁力攪拌器上攪拌形成均勻的混合懸浮液，混合微粉與磷酸溶液的質量比為(1-4)∶(6-10)；

3)將混合懸浮液倒入水熱釜容器中，控制填充比為60％～80％，再將待改性的碳/碳復合材料切割成所需尺寸放入容器中，將容器的蓋擰緊，放入恒溫烘箱中水熱反應升溫至140℃～200℃保溫24h～72h，冷卻至室溫后打開反應容器，取出碳/碳復合材料，在干燥箱于100℃～120℃干燥；

4)將步驟3)中烘干后的碳/碳復合材料放在瓷舟中，送入管式氣氛電阻爐內，密封后先通入氬氣60min～120min，氬氣流量為0.1L/min～0.3L/min，然后再升溫到1200℃～1500℃后保溫2h～4h，在氬氣氣氛中隨爐冷卻到室溫得到改性后的碳/碳復合材料。

所述的硼酸鋁晶須為120目、氧化鋁微粉為200目、氧化硼微粉為200目。

所述的步驟1)中混合是在行星球磨機里機械球磨均勻。