[發明專利]一種疊層混雜防熱復合結構材料

無效

• 申請號: 201310412275.1
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103722786A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 陳照峰;余盛杰
• 申請（專利權）人: 太倉派歐技術咨詢服務有限公司
• 主分類號: B32B1/08
• 分類號: B32B1/08;B32B18/00;B32B27/06
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技術領域

本發明涉及一種樹脂基與陶瓷基混雜復合材料，特別是涉及一種疊層混雜防熱復合結構材料。

背景技術

碳／碳(以下簡稱C／C)復合材料因其具有低密度及優異的高溫力學性能，特別是高溫下力學性能不降反升的特性，使其成為先進飛行器的熱結構件的首選材料。然而，C／C復合材料高溫下極易氧化，氧化會使其孔隙增大、結構弱化、導致強度和其他機械性能的迅速降低，并且氧化失重1％，其強度下降達10％，而且在極端環境中(如高沖質比的固體火箭發動機喉襯材料、導彈鼻錐等)C／C復合材料則不具有所需的抗高溫燒蝕能能力。因此，C／C復合材料的高溫防氧化燒蝕問題是實現其實際應用的瓶頸。為此通過綜合碳纖維優異的力學性能與陶瓷基體良好的熱、化學穩定性，制備出一種將熱防護、結構承載和抗氧化相結合的新型功能一體化復合材料。對于防氧化問題，通過制備SiC涂層來實現，SiC是優秀的抗氧化材料，具有良好的抗氧化作用，生成的SiO₂是已知的最抗氧化的材料，來保護C／C復合材料在高溫時不被外界環境氧化。而耐高溫問題，通過結合酚醛樹脂基復合材料來改善，酚醛樹脂耐熱性好，能耐瞬時超高溫，而且經過改性的酚醛樹脂其耐高溫性能更加優異，廣泛應用于耐熱燒蝕材料。并且其原料充足，價格便宜。

申請號為201310007876.4的中國專利公開了一種低密度炭／炭復合材料C／SiC復合涂層及其制備工藝，該復合涂層由內封孔層和外涂層兩部分組成；所述內封孔層由以下重量百分比的原料制成；碳化硅粉10％～60％，硅粉1％～25％，石墨粉0.05％～8％，聚丙烯腈研磨碳纖維1％～10％，硅溶膠40％～80％；所述外涂層由以下重量百分比的原料制成：碳化硅粉10％～30％，樹脂40％～60％，稀釋劑30％～70％，固化劑1％～6％。本發明還包括所述低密度炭／炭復合材料C／SiC復合涂層的制備工藝。本發明之低密度炭／炭復合材料C／SiC復合涂層具有較好抗氧化能力，涂層與基體材料的結合力好，表面致密，無裂紋產生，無落粉現象。

申請號為200910022719.4的中國專利公開了一種碳／碳復合材料防氧化涂層的制備方法，將經過處理的C／C復合材料包埋于粉料中，放入石墨坩堝內，在1800～2200℃進行1～3小時處理，利用超音速等離子噴涂設備將MoSi₂粉料噴涂到具有SiC過渡層的C／C復合材料表面，將制備有SiC／MoSi₂涂層的C／C復合材料放入高溫爐內，在1200～1400℃進行熱處理2～6小時。該方法制備得到的C／C復合材料在1650℃以上靜態空氣中防氧化時間由現有技術的200小時提高到300～400小時。

上述兩種制備方法制備的復合材料改善了C／C復合材料的抗氧化性能，但高溫防護問題并未解決。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種疊層混雜防熱復合結構材料，其特征在于，所述的復合結構材料為空心圓管狀，由三層不同的復合材料組成，內層為酚醛樹脂基復合材料，中間層為多孔C／C復合材料，外層為C／SiC陶瓷基復合材料，C／SiC復合材料中C纖維與多孔C／C復合材料中基體C有一層熱解C界面或ZrO₂、BN界面。

本發明所述的中間層多孔C／C復合材料采用CVI法制得，增強相二維碳纖維布體積分數為30～45％，是本發提供的疊層混雜防熱復合結構材料的基材。

本發明所述的內層酚醛樹脂基復合材料是以改性的酚醛樹脂為基體，二維碳纖維布為增強材料，碳纖維布體積分數為30～45％，熱壓固化得到的，厚度為2～4mm，鋪覆在C／C復合材料內壁。

本發明所述的外層C／SiC陶瓷基復合材料是以碳化硅為基體，二維纖維布為增強材料，碳纖維布體積分數為30～45％，采用化學氣相浸滲法制備得到，厚度為1～3mm。C／SiC陶瓷基復合材料在C／C復合材料外壁，有效提高了C／C復合材料的抗氧化性能。

本發明具有的優點：①基材C／C復合材料多孔結構有隔熱作用，且復合結構材料整體質量較輕；②酚醛樹脂價格便宜，復合結構材料成本低；③外層C／SiC陶瓷基復合材料為基材C／C復合材料起氧化保護作用，填充樹脂提高材料整體結構穩定性。

附圖說明

圖1為疊層混雜防熱復合結構材料縱向截面圖

圖示10為多孔C／C復合材料；20為C／SiC復合材料；30為酚醛樹脂基復合材料

圖2為疊層混雜防熱復合結構材料橫向截面圖