[發明專利]一種空心SiC/C核殼微球及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201711204644.2
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN108129696A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 馮志海;顏雪;左小彪;師建軍;孔磊;王筠;朱曉光
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: C08K9/10
• 分類號: C08K9/10;C08K7/24;B01J13/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發明涉及一種空心SiC/C核殼微球及其制備方法和應用，該核殼微球為空心結構有利于降低密度，內層為碳材料具有耐燒蝕作用，外層為SiC陶瓷具有抗氧化特性，該空心SiC核殼微球直徑10～100μm，壁厚1～10μm，密度0.1～0.8g/cm3；本發明制備空心SiC/C核殼微球的方法，克服空心碳微球抗氧化性不足，采用CVI方法在空心碳微球外表面均勻沉積一層無定性的SiC陶瓷層，并根據原料選取和制備過程對制備工藝參數進行優化設計，并通過大量試驗進行驗證，使得SiC陶瓷層能夠完整包覆空心碳微球，顯著提高碳微球的高溫抗氧化性。

技術領域

本發明涉及一種空心SiC/C核殼微球及其制備方法和應用，屬于功能復合材料技術領域。

背景技術

防熱復合材料是先進熱防護系統(Thermal Protection System，TPS)設計研制的關鍵材料，在新型動力系統和再入式飛行器、空間探測飛行器、臨近空間飛行器、重復使用運載器等飛行器中具有不可低估的作用，其性能與可靠性是相關動力系統和飛行器先進性與可靠性的決定因素之一。隨著現代航天技術的發展，飛行器以高馬赫數在大氣層中長時間機動飛行，氣動加熱量顯著增加，加熱時間明顯增長，對防熱復合材料密度低、耐燒蝕、抗氧化的要求越來越迫切。

輕量化是熱防護材料的發展趨勢，人們對復合材料的輕質結構設計和實現投入了極大地努力。空心微球由于具有低密度、高比表面積特性，也受到了極大地關注。空心碳微球作為樹脂基防熱復合材料的功能組元，提高復合材料的耐燒蝕特性和降低該復合材料的密度。但是在新的長時間機動飛行環境下，該功能組元無法滿足長時抗氧化的要求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述缺陷，提供一種空心SiC/C核殼微球，在空心碳微球外表面均勻沉積一層無定性的SiC陶瓷層，能夠完整包覆空心碳微球，顯著提高碳微球的高溫抗氧化性。

本發明的另外一個目的在于提供一種空心SiC/C核殼微球的制備方法。

本發明的又一個目的在于提供一種空心SiC/C核殼微球的應用。

本發明的上述目的是通過如下技術方案予以實現的：

一種空心SiC/C核殼微球，所述核殼微球的內層為空心碳微球，外層為SiC陶瓷，且所述核殼微球的直徑為10～100μm，壁厚為1～10μm，密度為0.1～0.8g/cm³。

在上述空心SiC/C核殼微球中，所述內層空心碳微球與外層SiC陶瓷的質量比為1：0.2～2。

在上述空心SiC/C核殼微球中，所述SiC陶瓷中Si元素和C元素的摩爾比為40～60:60～40。

在上述空心SiC/C核殼微球中，所述外層SiC陶瓷通過化學氣相滲透方法合成并沉積在空心碳微球外表面，得到所述核殼微球。

在上述空心SiC/C核殼微球中，所述核殼微球的直徑為30～60μm、壁厚為3～6μm、密度為0.3～0.5g/cm³。

一種空心SiC/C核殼微球的制備方法，包括：

將空心碳微球放置于沉積爐中，以甲基三氯硅烷MTS為Si源和C源，H₂和惰性氣體為載氣，按照設定的沉積參數進行化學氣相滲透，得到空心SiC/C核殼微球；

所述沉積參數包括：沉積溫度為1200～1500℃，H₂流量為300～600ml/min，惰性氣體流量為200～400ml/min，甲基三氯硅烷MTS流量為200～300ml/min，氣氛壓力為0.5～50kPa，沉積時間為10～50小時。

在上述空心SiC/C核殼微球的制備方法中，所述空心碳微球的直徑為10～100μm，壁厚為1～10μm，密度為0.05～0.25g/cm³。