[發明專利]一維碳化鉿HfC材料改性炭/炭復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410383873.5
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN104150938A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 李賀軍;田松;張雨雷;張守陽;任俊杰;任金翠;史小紅
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;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

本發明涉及一種一維碳化鉿HfC材料改性炭/炭復合材料的制備方法，是低壓化學氣相沉積(CVD)制備一維碳化鉿(HfC)材料改性炭/炭(C/C)復合材料的方法。

背景技術

C/C復合材料是以碳纖維增強碳基體的復合材料，它具有輕質、高比模、高比強、低熱膨脹系數、抗燒蝕、抗熱震、耐高溫等一系列獨特的優異性能，尤其在2000℃左右的惰性環境中可以保持甚至比室溫更好的力學性能，這使其作為高溫結構材料在航空航天領域得到廣泛重視。眾所周知，C/C復合材料由單一的碳元素構成，具有炭素材料在500℃就開始迅速氧化的特性。因此，需對C/C復合材料在高溫環境下進行熱防護，以提高其高溫使用性能。對于在超過2000℃的高速燃氣流沖刷的條件下，C/C復合材料的保護有熱防護技術。一是涂層技術，即在C/C復合材料表面制備難熔金屬碳化物、硼化物等陶瓷涂層；二是基體改性技術，即在C/C復合材料的基體中引入難熔金屬碳化物、硼化物等陶瓷相。

HfC作為重要的難熔陶瓷材料之一，具有一系列優異的性能，包括超高的熔點(～3900℃)、高硬度(韋氏硬度：26.1GPa)、良好的導熱性、耐蝕性以及耐磨性，尤其是在極端苛刻的超高溫氧化腐蝕環境中仍擁有很好的化學惰性和抗熱震性，是用于C/C復合材料的抗燒蝕保護的候選材料之一。故HfC已被制成抗燒蝕涂層或炭基體內部的抗燒蝕組元，以此對C/C復合材料提供高溫防氧化和燒蝕的保護。目前，在國外，法、俄等國已研制了HfC改性的C/C復合材料喉襯。在國內，西北工業大學的李淑萍和李翠艷等研究了HfC基體改性C/C復合材料。研究結果表明了HfC能明顯改善C/C復合材料的抗燒蝕性能。然而，在他們制備的HfC改性C/C復合材料中，HfC以微米級大顆粒相存在于炭基體中，團聚較大，導致了C/C復合材料力學性能的降低。而且，不僅對于HfC，其它陶瓷改性的C/C復合材料也表現出力學性能降低。

一維HfC材料不僅具備塊體材料的優良的高溫熱穩定性和化學穩定性，而且由于原子在一維方向上規則有序排列，其具備極佳的力學性能。此外，其具有特殊幾何特征，包括高的長徑比和比表面積?？紤]到C/C復合材料在極端的超高溫條件下熱化學燒蝕和機械剝蝕過程，一維HfC材料由于自身特殊的幾何特征，與HfC的顆粒相相比，可通過橋接機制在燒蝕過程中可進一步減少機械剝蝕。這些特性使一維HfC成為C/C復合材料理想的第二相纖維增強材料。因此，鑒于一維HfC材料的以上優良特性，若采用改性技術將一維HfC材料引入C/C復合材料的炭基體中，既可實現C/C復合材料抗燒蝕性能又不降低其力學性能。然而，一維HfC材料改性C/C復合材料的制備和研究未見報道。

目前，制備HfC改性C/C復合材料的方法主要是金屬鹽溶液浸漬法。

文獻1“Shuping.Li,Kezhi?Li,Hejun?Li,Yulong?Li,Qinlu.Yuan.Effect?of?HfC?on?the?ablative?and?mechanical?properties?of?C/C?composites.Mater.Sci.Eng.A?2009；517(1-2):61-67”介紹了采用金屬鹽溶液浸漬法制備HfC改性C/C復合材料，具體過程是將炭纖維預制體浸泡在HfOCl₂的溶液中，然后熱梯度CVI致密化，再經石墨化處理使HfO₂轉變為HfC得到HfC改性的C/C復合材料。采用該方法制備的HfC改性C/C復合材料抗燒蝕性能提高，但力學性能大幅度降低。

文獻2“Cuiyan?Li,Kezhi?Li,Hejun?Li,Haibo?Ouyang,Yulei?Zhang,Lingjun?Guo.Ablation?resistance?and?thermal?conductivity?of?carbon/carbon?composites?containing?hafnium?carbide.Corros.Sci.2013；75:169-175”報道了采用文獻1中的相同方法制備了HfC改性C/C復合材料。在所制備的HfC改性C/C復合材料中，HfC以顆粒相形式存在于在C/C復合材料的基體中，且分布不均勻。

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，本發明提出一種一維碳化鉿HfC材料改性炭/炭復合材料的制備方法，同時改善C/C復合材料的抗燒蝕性能和力學性能。

技術方案

一種一維碳化鉿HfC材料改性炭/炭復合材料的制備方法，其特征在于步驟如下：