[發明專利]一種Cf/HfC-SiC超高溫陶瓷基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910314137.7
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110002890A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 倪德偉;姜佑霖;董紹明;闞艷梅;高樂
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/56;C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種C_f/HfC?SiC超高溫陶瓷基復合材料及其制備方法，該制備方法包括：（1）將鉿源化合物、碳源化合物和穩定劑溶解在溶劑中，得到HfC?C前驅體溶液，所述鉿源化合物為熱分解可得到氧化鉿的鉿鹽；（2）采用真空浸漬法，將所得HfC?C前驅體溶液引入到碳纖維預制體中，再經固化、裂解和碳熱還原處理，得到C_f/HfC?C多孔預成型體；（3）將所得碳纖維預制體重復步驟（2）至少1次，然后采用Si或HfSi₂對所得C_f/HfC?C多孔預成型體進行反應熔滲處理，得到所述C_f/HfC?SiC超高溫陶瓷基復合材料。

技術領域

本發明涉及一種C_f/HfC-SiC超高溫陶瓷基復合材料及其制備方法，屬于陶瓷基復合材料制備技術領域。

背景技術

連續纖維增強的超高溫陶瓷基復合材料(如C_f/ZrC-SiC、C_f/HfC-SiC、C_f/ZrB₂-ZrC-SiC等)克服了超高溫陶瓷固有的脆性，同時具有輕質、耐極端高溫、非脆性斷裂、抗氧化燒蝕、可設計性強等優點，被認為是高超聲速飛行器熱防護材料及新一代超燃沖壓發動機防熱部件最具前途的一種候選材料。

超高溫陶瓷基復合材料的制備方法主要包括化學氣相滲透(Chemical VaporInfiltration,CVI)、前驅體浸漬-裂解(Precursor Infiltration and Pyrolysis,PIP)、漿料浸漬(Slurry Infiltration，SI)和反應熔滲法(Reactive Melt Infiltration，RMI)。與其它制備方法相比，反應熔滲能夠通過一次成型制備致密且基本無缺陷的復合材料，是一種快速、低成本制備高致密超高溫陶瓷基復合材料及構件的有效途徑。但是，受熔滲動力學控制，金屬熔融反應新生成產物容易對多孔預成型體內部孔隙表面形成包覆，導致制備的材料中存在大尺寸金屬殘留；另一方面，高溫熔體容易對纖維/界面造成損傷，嚴重影響復合材料的力學性能。這些缺點在一定程度上限制了反應熔滲在高性能超高溫陶瓷基復合材料制備上的應用。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于克服現有反應熔滲技術的不足，提供一種高致密、低硅/碳殘留、低纖維/界面損傷、力學性能優異的C_f/HfC-SiC超高溫陶瓷基復合材料及其反應熔滲制備方法。

一方面，本發明提供了一種C_f/HfC-SiC超高溫陶瓷基復合材料的制備方法，包括：

(1)將鉿源化合物、碳源化合物和穩定劑溶解在溶劑中，得到HfC-C前驅體溶液，所述鉿源化合物為熱分解可得到氧化鉿的鉿鹽，優選為鉿的四氯化物(HfCl₄)、鉿的水合氯氧化物(HfClO₂·nH₂O)、或由鉿的四氯化物部分水解得到的氯化物與水合氯氧化物的混合物；

(2)采用真空浸漬法，將所得HfC-C前驅體溶液引入到碳纖維預制體中，再經固化、裂解和碳熱還原處理，得到C_f/HfC-C多孔預成型體(使用前驅體溶液引入方法可以實現HfC相和過量碳源在基體中的均勻分布，避免采用漿料浸漬方法中由于固相顆粒沉降引起的的梯度分布，消除由于基體組分(HfC與SiC)分布不均對復合材料性能的不良影響)；

(3)將所得碳纖維預制體重復步驟(2)至少1次，然后采用Si或HfSi₂對所得C_f/HfC-C多孔預成型體進行反應熔滲處理，得到所述C_f/HfC-SiC超高溫陶瓷基復合材料。