[發明專利]采用高溫-浸漬裂解工藝制備HfC-SiC改性C/C復合材料的方法

有效

• 申請號: 201611004314.4
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106747549B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 李賀軍;張豫丹;張雨雷;李克智;姚西媛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/84
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種采用高溫?浸漬裂解工藝制備HfC?SiC改性C/C復合材料的方法，將碳氈清洗烘干，通過等溫化學氣相沉積制備出多孔低密度預制體；配制HfC前驅體和聚碳硅烷的混合溶液作為HfC?SiC陶瓷相的前驅體，在110℃左右的環境中真空浸漬，將混合溶液浸漬到預制體內部，然后進行裂解，重復高溫浸漬?裂解過程直至材料致密，從而制備出HfC?SiC改性C/C復合材料。有益效果：利用高濃度聚碳硅烷和HfC前驅體混合溶液粘度隨溫度的升高而降低的特點，在溫度為90～110℃時，向多孔C/C預制體內浸漬高濃度的前驅體混合溶液，使得多孔C/C預制體被較快填滿，且陶瓷在預制體內部分布均勻致密，最終密度達2.4～2.7g/cm³，縮短了材料的制備周期，提高了材料的制備效率和陶瓷相在材料內部分布的均勻性。

技術領域

本發明涉及C/C復合材料制備領域。具體涉及一種采用高溫-浸漬裂解工藝制備HfC-SiC改性C/C復合材料的方法。

背景技術

隨著航空航天工業的快速發展，對超高溫材料的性能提出了越來越高的要求，如新一代超高溫、高壓、高速、輕質固體火箭發動機的出現，使得喉襯材料需要承受的溫度高達3300-3700攝氏度，這就對喉襯材料提出了更高的性能要求。碳/碳(C/C)復合材料被證明是最理想的噴管喉襯材料。因此，解決C/C復合材料的耐高溫問題顯得尤為重要。超高溫陶瓷例如HfC，ZrC，TaC，HfB₂，ZrB₂等，因具有熔點高、高溫性能穩定、抗燒蝕性能優良等特點被認為是提高C/C復合材料高溫防氧化、抗燒蝕性能的理想基體改性材料，而如何提高其在C/C預制體內的制備速率、分布均勻性等問題，已成為一個的研究熱點。

文獻1“Shuping Li,Kezhi Li,Hongying Du,Shouyang Zhang,XuetaoShen.Effect of hafnium carbide content on the ablative performance of carbon/carbon composites as rocket throats[J].Carbon.2013,51:437-438.”公開了一種采用金屬鹽溶液浸漬法將八水氧氯化鉿加入到碳纖維預制體中，在600℃左右熱處理后得到HfO₂/C復合材料，再經過化學氣相沉積工藝進行致密化，在石墨化的過程中將HfO₂轉變為HfC，從而制備出HfC-C/C復合材料，測試了其在固體火箭發動機燒蝕環境下的抗燒蝕性能。

文獻2“Liang Xue,Zhean Su,Xin Yang,Dong Huang,Teng Yin,Chunxuan Liu,Qizhong Huang.Microstructure and ablation behavior of C/C-HfC compositesprepared by precursor infiltration and pyrolysis[J].Corrosion Science.2015,94:165-170”公開了一種采用先驅體轉化法，將HfC陶瓷前驅體引入到低密度C/C預制體中，后經過熱處理工藝得到C/C-HfC復合材料，并對其顯微結構、力學性能以及燒蝕性能等進行了研究。

在專利號CN201410119067.7中公開了一種HfC-SiC改性C/C復合材料的制備方法，該方法采用先驅體轉化法，通過常溫下向預制體內部浸漬含鉿和硅的有機先驅體溶液，接著進行熱處理從而將HfC-SiC陶瓷相引入到C/C復合材料內部。該方法循環次數多，浸漬效率較低。

目前在研究制備改性C/C復合材料的過程中，先驅體轉化法是制備基體改性C/C復合材料最常用的方法之一。然而，這一方法卻存在諸多缺點，例如材料制備周期過長一般均需幾個月以上，且制備過程中浸漬和熱處理工藝的循環次數過多，一般有20個周期以上，這極大地影響了材料的制備效率。若浸漬過程中前驅體溶液濃度選擇過高還會造成材料表面結殼，陶瓷分布不均勻等問題。

發明內容

要解決的技術問題