[發明專利]一種碳基耗散防熱復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810262476.0
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108358636A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 康鵬超;武高輝;劉豪;孫家琪;芶華松;喬菁;張強;陳國欽;楊文澍;修子揚;姜龍濤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C04B35/52
• 分類號: C04B35/52;C04B35/83;C04B41/88
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 賈澤純

一種碳基耗散防熱復合材料的制備方法，它涉及一種耗散防熱復合材料的制備方法。本發明是要解決現有的碳/碳及其改性的復合材料制備工藝復雜，制備周期長，成本高的技術問題。本發明：一、將浸滲劑裝入石墨坩堝中；二、加工碳基體材料；三、將坩堝放入氣壓浸滲爐中，將基體材料連接到氣壓浸滲爐中的提拉桿上；四、加熱熔化浸滲劑；五、高壓將浸滲劑壓入到基體孔隙中。本發明所涉及碳基耐燒蝕耗散防熱復合材料制備工藝簡單、周期短、復合材料可實現近凈成型，也可進行電加工和機械加工，制造成本低、耐燒蝕性能好。本發明應用于輕質耐燒蝕復合材料領域。

技術領域

本發明涉及一種耗散防熱復合材料的制備方法。

背景技術

耐燒蝕材料是國防和航天領域重要的工程材料，其作用是受熱部件在高溫和高速氣流沖刷條件下，在工作時間內能夠維持氣動外形以保證飛行器正常飛行速度和軌跡。隨著航天技術的不斷發展對輕質耐燒蝕材料的需求越來越迫切?，F在常用的輕質耐燒蝕材料主要包括樹脂基復合材料和碳/碳復合材料等。樹脂基復合材料一般通過熱解吸收外界熱量，因而燒蝕率大；碳/碳及其改性的復合材料主要是輻射和燒蝕式防熱機理，C/SiC等改性的碳/碳復合材料具有優異的耐燒蝕性能，在很多重要的受熱部件上獲得了應用，但其制備工藝復雜，制備周期長，成本高。

發明內容

本發明是要解決現有的碳/碳及其改性的復合材料制備工藝復雜，制備周期長，成本高的技術問題，而提供一種碳基耗散防熱復合材料的制備方法。

本發明的碳基耗散防熱復合材料的制備方法是按以下步驟進行的：

一、在石墨坩堝的內壁均勻地涂覆一層氮化硼，將浸滲劑裝入石墨坩堝中；所述的浸滲劑由2份～6份的硅和2份～8份的金屬材料混合組成；

二、將碳基體材料加工成欲浸滲的試樣或產品形狀，然后進行超聲清洗，烘干；步驟一中所述的金屬材料的氧化自由能低于步驟二中所述的碳基體材料的氧化自由能；

三、將裝有浸滲劑的石墨坩堝放入氣壓浸滲爐中，將步驟二處理后的碳基體材料連接到氣壓浸滲爐中的提拉桿上；

四、關閉爐門，抽真空至1.0×10^-3Pa以下，然后在升溫速率為20℃/min～30℃/min的條件下加熱至步驟一中的浸滲劑的熔點以上100℃～200℃，在升溫的同時充入氬氣至爐內壓力為0.1個標準大氣壓～0.2個標準大氣壓；

五、在爐內壓力為0.1個標準大氣壓～0.2個標準大氣壓和溫度為浸滲劑的熔點以上100℃～200℃的條件下保溫1h～1.5h，然后下降氣壓浸滲爐中的提拉桿將碳基體材料浸入融化的浸滲劑中，向爐內充入氬氣至爐內壓力為3MPa～10MPa，在爐內壓力為3MPa～10MPa和溫度為浸滲劑的熔點以上100℃～200℃的條件下保持1min～5min，然后升起提拉桿將碳基體材料從浸滲劑中提出，關閉加熱電源，隨爐自然冷卻，即可獲得碳基耗散防熱復合材料。

本發明的復合材料由碳材料作為基體，在真空密閉的爐體內，通過加熱將浸滲劑融化，然后將基體浸入熔融的浸滲劑中，向密閉的爐體內通入高壓惰性氣體，使浸滲劑浸入到基體中形成復合材料，獲得一種近凈成型的碳基耗散防熱復合材料。本發明制備輕質耐燒蝕的耗散防熱復合材料工藝簡單、周期短、制造成本低?？捎糜谥圃旃腆w火箭發動機噴管的喉襯、燃氣舵，也可用于制造高超音速飛行器的端頭帽、翼前緣、尾舵和用于制造導彈的轉向孔板等構件。

本發明所涉及碳基耐燒蝕耗散防熱復合材料制備工藝簡單、周期短、復合材料可實現近凈成型，也可進行電加工和機械加工，制造成本低、耐燒蝕性能好。

本發明的碳基耗散防熱復合材料的密度為2g/cm³～2.5g/cm³；在氧乙炔燒蝕條件下燒蝕100s，線燒蝕率為0.9×10^-3mm/s～1.2×10^-3mm/s。

附圖說明