[發(fā)明專利]一種耐燒蝕碳-陶瓷-合金復合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011085064.8
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112209717B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 康鵬超;劉豪;武高輝;張體恩;劉祉祎
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: C04B35/52
• 分類號: C04B35/52;C04B35/83;C04B35/622
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種耐燒蝕碳?陶瓷?合金復合材料及其制備方法，涉及一種耐燒蝕復合材料及其制備方法。目的是解決耐燒蝕復合材料的致密度低、周期長、熱膨脹系數(shù)差異大和燒蝕過程中碳?金屬反應的問題。方法：將碳基體浸沒在有機陶瓷前驅(qū)體熔液中進行壓力浸滲，然后高溫熱解，再進行合金熔液壓力浸滲。本發(fā)明利用壓力浸滲法結(jié)合前驅(qū)體裂解法制備碳?陶瓷?合金結(jié)構(gòu)的耗散防熱復合材料，周期短、致密度高，抗熱震性能好和線燒蝕率低。本發(fā)明適用于制備耐燒蝕復合材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高溫耐燒蝕復合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐燒蝕碳-陶瓷-合金復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

高超音速速飛行器鼻錐、火箭發(fā)動機喉襯和燃氣舵等部件服役環(huán)境溫度達到3000℃以上，需要材料具備優(yōu)異耐燒蝕性能。碳材料(C/C、石墨)雖具有低密度、耐高溫和良好高溫力學性能等優(yōu)點，但抗氧化性能差，因此目前研究重點為利用涂層或(及)基體改性技術(shù)提高碳材料的抗氧化燒蝕性能。其中對碳材料基體改性的途徑主要為引入高溫陶瓷或合金。

高溫陶瓷基體改性主要是通過漿料浸漬、前驅(qū)體浸漬裂解、化學氣相滲透和反應熔滲等方法在碳基體內(nèi)部引入或原位生成高溫陶瓷如SiC、ZrC、HfC、ZrB₂等。其主要原理是利用高溫陶瓷氧化形成的液態(tài)氧化物修復缺陷，阻礙氧擴散，從而提升復合材料耐燒蝕性能。但是高溫陶瓷只能被動抵抗高溫氧化環(huán)境，防熱效果受限，特別是在短時使用場合略顯不足，而且以上各種方法制備的復合材料致密度均較低，限制了耐燒蝕性能的提升效果。現(xiàn)有的反應熔滲法制備復合材料的致密度約90％，前驅(qū)體浸漬裂解法制備復合材料的致密度約80％。此外，復合材料制備方法中聚合物浸漬裂解、化學氣相滲透法具有制備溫度較低，殘余應力小，纖維損傷小等優(yōu)點，但制備周期長，不適合制備厚壁構(gòu)件。

合金基體改性主要為通過壓力浸滲、真空無壓浸滲和反應熔滲等方法在碳基體內(nèi)部引入(類)金屬單質(zhì)或合金。其主要原理是利用合金相變吸熱、氧化消耗氧及生成液態(tài)氧化物修復缺陷，起到耗散防熱效果，提升復合材料在有效期內(nèi)的耐燒蝕性能。但是引入的合金與碳基體的熱膨脹系數(shù)差異較大，對復合材料抗熱震性能不利，而且在燒蝕過程中合金與碳基體的反應(碳-金屬反應)放熱，降低了復合材料的防熱效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的碳基耐燒蝕復合材料制備過程中，高溫陶瓷基體改性所得碳基耐燒蝕復合材料的致密度低和浸漬裂解法制備周期長的問題，以及合金基體改性所得碳基耐燒蝕復合材料的熱膨脹系數(shù)差異大和燒蝕過程中碳-金屬反應的問題，提出一種耐燒蝕碳-陶瓷-合金復合材料及其制備方法，本發(fā)明利用壓力浸滲方法快速將有機陶瓷前驅(qū)體熔液加入碳基體孔隙，隨后高溫裂解獲得高溫陶瓷中間層，最后通過壓力浸滲合金熔液制備碳-陶瓷-合金復合材料，本發(fā)明耐燒蝕碳-陶瓷-合金復合材料及其制備方法按照以下步驟進行：

一、將碳基體進行超聲清洗和烘干；

二、將步驟一處理后的碳基體放入鋼模具中，然后隨模具預熱；

三、將有機陶瓷前驅(qū)體加熱到熔點以上50～200℃并保溫10～30min，隨后將所得有機陶瓷前驅(qū)體熔液倒入盛有碳基體的鋼模具中并浸沒碳基體，進行壓力浸滲，得到有機陶瓷前驅(qū)體浸滲的碳基體；

四、加熱有機陶瓷前驅(qū)體浸滲的碳基體，使有機陶瓷前驅(qū)體的高溫熱解，得到碳-陶瓷復合材料；

五、將碳-陶瓷復合材料放入鋼模具中，然后隨模具預熱；

六、配置合金粉料并熔煉，得到合金熔液，將合金熔液倒入盛有碳-陶瓷復合材料的鋼模具中，然后進行壓力浸滲，得到碳-陶瓷-合金復合材料。