[發(fā)明專利]一種碳纖維增強硼化鉿-硼化鉭-碳陶瓷基復合材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-10-10
• 公開（公告）號: CN109265188B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設計）人: 金鑫;劉偉;于新民;劉俊鵬;左紅軍;霍鵬飛;裴雨辰
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/58;C04B35/52
• 代理公司: 北京格允知識產(chǎn)權代理有限公司 11609
• 代理人: 譚輝

本發(fā)明涉及一種碳纖維增強硼化鉿?硼化鉭?碳陶瓷基復合材料及其制備方法。所述方法包括：(1)用包含鉿鉭前驅體共聚物、硼源前驅體、碳源前驅體和有機溶劑的鉿鉭前驅體溶液浸漬碳纖維預制體，然后將浸漬后的所述碳纖維預制體依次經(jīng)過固化和裂解的步驟；和(2)重復步驟(1)多次，制得碳纖維增強硼化鉿?硼化鉭?碳陶瓷基復合材料。本發(fā)明的制備方法具有工藝簡單，不需要任何添加劑，制備溫度低，制備周期短，易于工業(yè)化實施等優(yōu)點。本發(fā)明制得的碳纖維增強硼化鉿?硼化鉭?碳陶瓷基復合材料具有韌性好、耐超高溫、抗氧化性能優(yōu)異和耐燒蝕性能優(yōu)異等優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明屬于陶瓷基復合材料技術領域，尤其涉及一種碳纖維增強硼化鉿-硼化鉭-碳陶瓷基復合材料及其制備方法。

背景技術

連續(xù)碳纖維增韌碳化硅陶瓷基復合材料(C/SiC復合材料)是一種理想的高溫結構材料，具有耐高溫、低密度、高強度、抗熱震等一系列優(yōu)點，在航空航天領域具有廣泛的應用前景。由于航空航天飛行器不僅需要在高速超高溫的嚴苛條件下正常使用，還需要具備高可靠性以及長壽命的優(yōu)良性能，這就要求航空航天材料具有更優(yōu)異穩(wěn)定的性能以及相應的制備工藝。

過渡族金屬元素硼化物和碳化物具有超過3000℃的超高熔點，被稱為超高溫陶瓷(UHTC)。超高溫陶瓷具有極高熔點、高硬度、高溫強度等一系列優(yōu)點，被認為是極端熱和化學環(huán)境下的候選材料。因此在C/SiC復合材料中添加超高溫陶瓷材料成為一種提高其高溫階段抗燒蝕能力的有效方法。超高溫陶瓷基復合材料是以連續(xù)纖維作為骨架，以難熔金屬的碳化物或硼化物等多組元陶瓷作為基體，并在基體外設計抗氧化涂層，以此制備出連續(xù)纖維增韌的超高溫陶瓷基復合材料，例如碳纖維增強碳化硅-碳化鋯復合材料(C/SiC-ZrC復合材料)、碳纖維增強碳化硅-硼化鉿復合材料(C/SiC-HfB₂復合材料)等。

目前以碳化鋯-碳化硅、硼化鋯-碳化硅、碳化鉿-碳化硅為基體的超高溫陶瓷復合材料得到了主要研究和廣泛的應用，但隨著目前對航空航天飛行器越來越嚴苛的應用環(huán)境要求，目前對陶瓷基復合材料的耐超高溫、抗氧化性能、耐燒蝕性能以及力學性能等提出了更高的要求。

硼化鉿(HfB₂)和硼化鉭(TaB₂)作為優(yōu)良的超高溫陶瓷材料，具有極高的熔點、高熱導率、低熱膨脹系數(shù)、良好的耐熱沖擊性，高溫環(huán)境中能保持強度和穩(wěn)定性，在極端環(huán)境中具有優(yōu)異的機械性能，在2000～2200℃的大氣中使用，其抗氧化性比二硼化鋯(ZrB₂)高10倍，能很好地滿足超高溫環(huán)境下的使用要求，目前硼化鉿和硼化鉭通常被用作復合材料的高溫陶瓷涂層。

中國專利申請201611034977.0通過化學氣相沉積法(CVD)在碳/ 碳復合材料(C/C復合材料)或者C/SiC復合材料等的表面沉積了復合涂層(Zr(Ta)B₄)和復合涂層(Hf(Ta)B₄)作為高溫陶瓷涂層。雖然，目前采用化學氣相沉積法可以沉積出硼化鉿和硼化鉭復合涂層，但現(xiàn)有技術中的原料和方法均難以使硼化鉭和硼化鉿同時在復合材料內部均勻分布，無法同時采用硼化鉭和硼化鉿改性陶瓷基復合材料。

發(fā)明內容

為了解決現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供了一種碳纖維增強硼化鉿-硼化鉭-碳陶瓷基復合材料及其制備方法。本發(fā)明方法具有工藝簡單，不需要任何添加劑，易于工業(yè)化實施等優(yōu)點。本發(fā)明制得的碳纖維增強硼化鉿-硼化鉭-碳陶瓷基復合材料具有韌性好、耐超高溫、抗氧化性能優(yōu)異和耐燒蝕性能優(yōu)異等優(yōu)點。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在第一方面提供了一種碳纖維增強硼化鉿-硼化鉭-碳陶瓷基復合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：

(1)用包含鉿鉭前驅體共聚物、硼源前驅體、碳源前驅體和有機溶劑的鉿鉭前驅體溶液浸漬碳纖維預制體，然后將浸漬后的所述碳纖維預制體依次經(jīng)過固化和裂解的步驟；和

(2)重復步驟(1)多次，制得碳纖維增強硼化鉿-硼化鉭-碳陶瓷基復合材料。