[發明專利]可重復燒蝕使用的碳纖維增強超高溫陶瓷基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410116784.4
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN103864451A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 王一光;劉俊朋;羅磊;段劉陽;張立同;成來飛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/565;C04B35/56;C04B35/622
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種可重復燒蝕使用的碳纖維增強超高溫陶瓷基復合材料的制備方法，在碳纖維增強超高溫陶瓷基復合材料中原位引入La、Y、Yb、Sc等稀土金屬化合物，可以開發一種具有可重復燒蝕性能的超高溫陶瓷基復合材料。

背景技術

連續纖維增韌碳化硅陶瓷基復合材料（C/SiC）是一種理想的高溫結構材料，具有耐高溫、低密度、高強度、抗熱震等一系列優點，在航天領域有著廣泛的應用前景，但溫度超過1700℃時，C/SiC主動氧化失去表面的SiO₂保護層，抗燒蝕和抗氧化性能急劇下降導致構件失效。超高溫陶瓷具有極高熔點、高硬度、高溫強度等一系列優點，被認為是極端熱化學環境下的候選材料，因此在C/SiC復合材料中添加超高溫陶瓷材料成為一種提高其高溫階段抗燒蝕性能的有效方法。ZrB₂、ZrC、HfB₂、HfC因為其良好的化學穩定性，高導熱性、相對較低的密度成為研究的重點。文獻“Yiguang?Wang,Xiaojuan?Zhu,Litong?Zhang,Laifei?Cheng.C/C-SiC-ZrC?composites?fabricated?by?reactive?melt?infiltration?with?Si_0.87Zr_0.13alloy[J]Ceramics?International38(2012)4337-4334”中所獲得的C/C-SiC-ZrC復合材料具有良好抗氧化和抗燒蝕性能。王一光、皮慧龍等人采用反應熔體滲透法制備的C/SiC-ZrB₂-ZrC復合材料具有較高的彎曲強度，由于形成Zr-Si-O玻璃及ZrO₂-SiO₂連續層其線燒蝕率僅有0.002mm/s。

但是，在高溫和強氣流沖刷作用下，超高溫陶瓷基復合材料SiO₂保護層極易揮發流失，且ZrO₂、HfO₂等氧化產物在溫度變化的過程中伴隨晶型的轉變，體積變化形成疏松多孔的結構，材料表面缺少有效的保護層，使得上述材料難以承受重復燒蝕，大大降低了材料的可重復利用率。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種可重復燒蝕使用的碳纖維增強超高溫陶瓷基復合材料的制備方法，在碳纖維增強超高溫陶瓷基復合材料中原位引入La、Y、Yb、Sc等稀土金屬化合物，開發一種具有可重復燒蝕性能的超高溫陶瓷基復合材料。

技術方案

一種可重復燒蝕使用的碳纖維增強超高溫陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、制備復合材料預制體：采用CVI致密化方法制備碳纖維增強碳C/C或碳纖維增強碳化硅C/SiC復合材料預制體，采用超聲波清洗預制體不少于30分鐘，在80℃～100℃的烘箱中烘干得到清潔干燥的預制體；所述預制體的開氣孔率為20vol%～30vol%；

步驟2、制備漿料：將C有機前驅體和六次甲基四胺溶解于無水乙醇中，然后加入含稀土金屬前驅體并球磨得到漿料；所述六次甲基四胺質量為C的有機前驅體的質量的0.1倍；所述稀土金屬前驅體和C有機前驅體質量比為2:1～10:1；所述無水乙醇的含量控制漿料的粘度為50～100mPa·s；

步驟3、真空壓力浸漬：將碳纖維預制體在真空度為-0.08MPa～-0.10MPa，壓力為0.8MPa～1.0MPa的環境下浸漬在漿料中，使得漿料中的稀土金屬前驅體和C有機前驅體浸漬到預制體中；

步驟4、固化裂解：將浸漬完成的材料在80℃-100℃烘箱中干燥4-10小時，在130℃～150℃烘箱中固化30～60分鐘，然后再氬氣保護下900℃～1800℃熱處理2小時裂解有機C前驅體；

步驟5、反應熔體滲透RMI：在高溫條件和真空條件下將高溫合金滲入至步驟4所得的材料中與C有機前驅體反應原位生成超高溫相，得到可重復燒蝕碳纖維增強超高溫陶瓷基復合材料；所述的高溫合金為？；所述高溫條件的溫度比選用的高溫合金的合金熔點高出100℃～150℃。

所述步驟2中以稀土氧化物水基漿料取代稀土化合物作為前驅體制備漿料，方法為將稀土金屬氧化物加入質量分數為0.5%-1%的纖維素鈉CMC水溶液中并球磨24小時以上得到漿料。

所述步驟1中的CVI致密方法以PIP致密方法替代。