[發(fā)明專利]一種纖維增強超高溫陶瓷基復(fù)合材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410178018.0
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN103964882A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董紹明;章良潤;闞艷梅;周海軍;胡建寶;王震;何平
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/524;C04B35/622
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，具體涉及一種通過漿料浸漬和反應(yīng)熔滲制備纖維增強超高溫陶瓷基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

航空航天技術(shù)的發(fā)展使飛行器的飛行速度越來越高，當(dāng)飛行器再入大氣時，某些部位要經(jīng)受超高溫(2000-3000℃)、大熱流的嚴(yán)酷熱環(huán)境。發(fā)動機熱端部件，喉襯等部位，亦處于復(fù)雜的熱應(yīng)力環(huán)境并需承受2000-3000℃的高溫以及強烈氣流的高速沖刷等。惡劣的服役環(huán)境對材料提出了苛刻的要求，如高熔點、良好的抗燒蝕、抗氧化和抗熱震性能、低熱膨脹系數(shù)、低蒸汽壓(特別是在高溫下)以及良好的蠕變和疲勞性能等。為獲得適用于極端服役環(huán)境的高性能超高溫材料，世界各國廣泛開展相關(guān)材料的探索與研究。

過渡族金屬碳化物和硼化物，即超高溫陶瓷(Ultra High Temperature Ceramics，UHTCs)，由于具有超過3000℃的熔點，成為眾多高溫材料中最具潛力的超高溫材料之一。但是陶瓷材料固有的脆性和難于加工限制其作為大尺寸部件的應(yīng)用。采用纖維增強超高溫陶瓷被認為是改善以上缺點的有效途徑，在該方面的研究已取得了較多成果。

聚合物浸漬/裂解(Polymer Infiltration/Pyrolysis，PIP)法和反應(yīng)熔滲(Reactive Melt Infiltration，RMI)法是研制超高溫陶瓷基復(fù)合材料的主要方法。兩種方法各有特點，如PIP法能夠在較低的溫度下得到超高溫相分布較均勻的材料，但是工藝過程復(fù)雜，材料制備周期長；RMI法能夠提高超高溫相在纖維束間區(qū)域的含量，但是熔滲溫度高，易損傷纖維。然而，不管是何種方法，目前所研制的纖維增強超高溫陶瓷基復(fù)合材料中超高溫相的含量都較低，不利于材料在超高溫條件下長時間使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有纖維增強超高溫陶瓷基復(fù)合材料的制備方法存在的缺陷，本發(fā)明提供一種通過漿料浸漬和反應(yīng)熔滲制備纖維增強超高溫陶瓷基復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明提供一種纖維增強超高溫陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，所述方法包括：

1)采用含有納米碳化鋯和酚醛樹脂的漿料浸漬纖維預(yù)制體，經(jīng)固化-裂解或直接裂解后，獲得含ZrC的纖維預(yù)成型體；

2)以有機聚合物作為有機碳源前驅(qū)體浸漬含ZrC的纖維預(yù)成型體，裂解獲得ZrC-C復(fù)合多孔中間體；

3)以二硅化鋯為硅源和鋯源于1800-1950℃對所述多孔中間體進行熔滲，獲得纖維增強超高溫陶瓷基復(fù)合材料。

本發(fā)明首先通過含有納米碳化鋯和酚醛樹脂的漿料浸漬向纖維預(yù)制體引入納米碳化鋯，然后通過浸漬有機聚合物引入碳基體，最后以二硅化鋯為硅源和鋯源進行高溫熔滲，原位將碳基體轉(zhuǎn)化為碳化硅和碳化鋯，形成碳-碳化鋯-碳化硅的纖維增強超高溫陶瓷基復(fù)合材料，該材料中碳化鋯分布均勻且含量高，有望在超高溫條件下長時間使用。

較佳地，步驟1)中，所述漿料的溶劑為無水乙醇，所述漿料中酚醛樹脂的濃度為0.05g/mL-1.0g/mL，優(yōu)選0.4g/mL-0.6g/mL，納米碳化鋯與酚醛樹脂的用量比為10wt％-500wt％，優(yōu)選80wt％-150wt％。在該范圍內(nèi)納米碳化鋯分散良好、漿料穩(wěn)定且具有良好的流動性，適合于浸漬。

較佳地，步驟1)中的纖維預(yù)制體為一維纖維預(yù)制體、二維纖維預(yù)制體、三維纖維預(yù)制體、短切纖維預(yù)制體中的其中之一，所用纖維為碳纖維或碳化硅纖維。所述纖維預(yù)制體的界面包括熱解碳、碳化硅以及由它們組成的復(fù)合界面。

較佳地，步驟1)中將浸漬后的纖維預(yù)制體進行壓力成型，然后固化-裂解或直接裂解。

較佳地，步驟1)中，裂解的溫度為900～1000℃，時間為0.5～1.0小時。

較佳地，步驟2)中的有機聚合物為酚醛樹脂、呋喃樹脂或瀝青。

較佳地，步驟2)中浸漬－裂解循環(huán)進行1-8次，其中，優(yōu)選4-7次。

較佳地，步驟2)中，裂解的溫度為900～1000℃，時間為0.5～1.0小時。

較佳地，步驟3)中熔滲時間為0.5-1.5小時，熔滲在真空下進行。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明工藝簡單、制備周期短。制備的纖維增強超高溫陶瓷基復(fù)合材料致密化程度高，開口氣孔率低，超高溫相(碳化鋯)含量高，材料具有良好的抗燒蝕性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖；

圖2為本發(fā)明的一個實施方式中制備的3D C_f/ZrC-SiC超高溫陶瓷基復(fù)合材料的截面XRD譜圖；