[發(fā)明專利]一種可傳輸冷卻液或氣的C/C-ZrC陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310309134.7
• 申請(qǐng)日: 2013-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN103724039A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳照峰;汪洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太倉(cāng)派歐技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/83
• 分類號(hào): C04B35/83;C04B35/80;C04B35/56;C04B35/622
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種C/C-ZrC陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，特別是涉及一種可傳輸冷卻液或氣的C/C-ZrC陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法。?

技術(shù)背景

C/C復(fù)合材料的比強(qiáng)度、比模量高，2000℃以上的高溫仍保持其高強(qiáng)度、摩擦性能和抗熱震性能，是最有前途的高溫結(jié)構(gòu)材料。然而，碳在370℃的有氧氣氛中開始氧化，高于500℃時(shí)迅速氧化，導(dǎo)致C/C復(fù)合材料毀滅性破壞。通過(guò)基體改性的方法，即在C基體中添加各種抗氧化劑，可以將C/C復(fù)合材料在空氣中的抗氧化溫度提高到800℃。C/SiC復(fù)合材料具有低密度、高強(qiáng)度、一耐高溫、抗燒蝕和抗沖刷等一系列優(yōu)異性能，同時(shí)具有比C/C復(fù)合材料更好的抗氧化性。但作為實(shí)際用途上的耐高溫抗氧化材料，其高溫抗氧化性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，對(duì)用作高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)材料的C/C復(fù)合材料或者C/SiC復(fù)合材料必須進(jìn)行合適的保護(hù)。對(duì)復(fù)合材料的保護(hù)一般有兩種，一種是降低材料的溫度；二是在材料表面制備耐高溫防止氧化涂層。?

文獻(xiàn)“The?Chemical?Vapor?Deposition(CVD)of?Refractory?Metal?Carbides,H.O.Pieeson,High?Temperature?Materials?and?Processes,Vo1.11,Nos.1-4，1993,pp.239-246”公開了一種采用化學(xué)氣相沉積工藝在材料表面制備ZrC涂層的方法，可制備厚度為十到幾十個(gè)微米的ZrC涂層。但是，文獻(xiàn)所提供的防氧化涂層的存在一個(gè)嚴(yán)重的缺陷是涂層與基材結(jié)合強(qiáng)度較弱，在高速氣流沖刷環(huán)境下，容易脫落，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)基體的有效保護(hù)，致使復(fù)合材料使用性能嚴(yán)重下降。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有C/C復(fù)合材料不宜在高溫有氧環(huán)境中使用的缺陷，提供了一種在高溫環(huán)境中能夠耐高溫抗氧化能有效降低C/C-ZrC陶瓷基復(fù)合材料表面溫度的方法。?

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：提供一種可傳輸冷卻液或氣的C/C-ZrC陶瓷基復(fù)合材料，由C基體、ZrC基體、碳纖維增強(qiáng)體和孔道組成，其特征在于孔道均勻存在于C/C-ZrC陶瓷基復(fù)合材料靠近表面的部分。所述的孔道截面為圓形，直徑為0.5～2mm，孔道層距離表面的厚度為4～10mm。孔道占整體材料的體積比率為5～35％，其形狀可為直線形或彎曲形，孔道與孔道之間可平行分布或交。所述的ZrC基體由內(nèi)向外含量逐漸增加，呈梯度分布。?

本發(fā)明還公開了一種可傳輸冷卻液或氣的C/C-ZrC陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括下述順序的步驟：?

(1)稱取純度為99.7％，粒度為200μm的金屬鋯粉，裝入行星式球磨機(jī)中，球磨30～90min；?

(2)在碳纖維編織或疊層形成的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)中預(yù)制Nb絲在其中，Nb絲的直徑為0.5～2mm，Nb絲距離表面4～10mm；?

(3)通過(guò)化學(xué)氣相沉積、化學(xué)氣相滲透或液相浸漬的方法進(jìn)行C基增密，增密達(dá)到70～80％體積分?jǐn)?shù)，然后進(jìn)行高溫碳化處理合成C/C骨架，溫度1500～2500℃；?

(4)將經(jīng)步驟(1)制備的鋯粉體的一半放置于不銹鋼容器中，放入經(jīng)步驟(3)處理的C/C骨架，再放入另一半混合粉體覆蓋，然后密封不銹鋼容器；?

(5)將密封的不銹鋼容器在高溫爐中氬氣氣氛保護(hù)下1100～1500℃下熱處理10～35h，然后隨爐冷卻至室溫；?

(6)取出制件，將所制備的復(fù)合材料浸漬于氫氟酸和硫酸的混合溶液中，或者將復(fù)合材料放入電解槽中，在Nb絲的一端通電壓，保持一段時(shí)間；?

(7)將復(fù)合材料真空除氣、除水，或晾干，或熱風(fēng)烘干；?

(8)得到可傳輸冷卻液或氣的C/C-Zr陶瓷基復(fù)合材料。?

本發(fā)明的有益效果：(1)可在該復(fù)合材料內(nèi)部通入冷卻液或氣以吸收熱量，可顯著降低復(fù)合材料的表面溫度；(2)Nb絲經(jīng)過(guò)氫氟酸和硫酸的混合溶液腐蝕掉后，會(huì)在內(nèi)壁形成一層致密的NbC涂層，可防止液體滲透到復(fù)合材料的表面。(3)包埋法制備的梯度ZrC層能夠有效緩基體與ZrC解熱膨脹系數(shù)不匹配問(wèn)題，提高材料高溫氧化以及抗沖刷腐蝕性能。?

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定。?

實(shí)施例?