[發(fā)明專利]一種碳纖維增韌碳化硅-碳化鋯復(fù)合材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011302478.1
• 申請(qǐng)日: 2020-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN112374906A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊良偉;金鑫;宋環(huán)君;王鵬;于藝;李曉東;霍鵬飛;劉俊鵬;于新民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 航天特種材料及工藝技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): C04B38/00
• 分類號(hào): C04B38/00;C04B35/80;C04B35/573
• 代理公司: 北京格允知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609
• 代理人: 譚輝

本發(fā)明涉及一種碳纖維增韌碳化硅?碳化鋯復(fù)合材料的制備方法。所述制備方法包括：(1)提供碳纖維預(yù)制體；(2)在碳纖維預(yù)制體內(nèi)部形成有孔隙的多孔碳/碳復(fù)合材料；(3)采用反應(yīng)熔滲法將所述多孔碳/碳復(fù)合材料制成碳/碳化硅?碳化鋯陶瓷基復(fù)合材料；(4)采用浸漬裂解法制備所述碳纖維增韌碳化硅?碳化鋯陶瓷基復(fù)合材料。該制備方法通過將反應(yīng)熔滲法與浸漬裂解法相結(jié)合，既可以保證高效低成本，又可以兼顧低孔隙率，從而有效降低制備周期和提升陶瓷基復(fù)合材料的力學(xué)性能，解決了以往通過反應(yīng)熔滲法制備碳/碳化硅?碳化鋯復(fù)合材料中由于孔隙率較高導(dǎo)致性能較差的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陶瓷基復(fù)合材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳纖維增韌碳化硅-碳化鋯復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

空天飛行器在高速進(jìn)入大氣層時(shí)，表面溫度急劇升高，需要經(jīng)歷高速氣流沖刷和氧化氣氛燒蝕，現(xiàn)有防熱材料在高溫穩(wěn)定性、能量耗散效率和有效服役時(shí)間等方面都面臨著差距。近年來，為了滿足空天飛行器在極端環(huán)境下安全服役的需求，提升其抗氧化耐燒蝕性能，熱防護(hù)材料越來越受到大家的關(guān)注。碳/碳化硅-碳化鋯復(fù)合材料，具有低密度、抗氧化、耐燒蝕和高力學(xué)性能，是一種新型的超高溫陶瓷復(fù)合材料。

碳/碳化硅-碳化鋯復(fù)合材料的主要制備工藝有浸漬裂解法、反應(yīng)熔滲法等。其中，單純通過浸漬裂解法制備碳/碳化硅-碳化鋯復(fù)合材料，可以制備獲得復(fù)雜形狀的構(gòu)件，但原材料比較昂貴，且為達(dá)到相應(yīng)密度，往往需要重復(fù)數(shù)十輪次，從而導(dǎo)致周期較長(zhǎng)，成交較高。相較于浸漬裂解法，反應(yīng)熔滲法是以多孔碳/碳復(fù)合材料和硅鋯合金作為原材料，在高溫、無(wú)壓或真空條件下制備得到碳/碳化硅-碳化鋯復(fù)合材料，具有簡(jiǎn)單、高效、低成本以及近凈尺寸成型等優(yōu)勢(shì)。目前，美國(guó)和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家積極推進(jìn)反應(yīng)熔滲法在航空航天熱結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的應(yīng)用研究。但該方法制備得到的復(fù)合材料，孔隙率普遍在5-10％，基體內(nèi)部的孔隙容易成為氧氣的擴(kuò)散通道，在高溫條件下，很容易出現(xiàn)氧化燒蝕現(xiàn)象，從而影響性能。

為了充分發(fā)揮反應(yīng)熔滲法在制備碳/碳化硅-碳化鋯復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)，確保其在極端環(huán)境下的抗氧化耐燒蝕性能，亟需解決現(xiàn)有反應(yīng)熔滲工藝存在的碳/碳化硅-碳化鋯復(fù)合材料孔隙較多的問題。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有反應(yīng)熔滲工藝存在的碳/碳化硅-碳化鋯復(fù)合材料孔隙較多的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種碳纖維增韌碳化硅-碳化鋯復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

(1)提供碳纖維預(yù)制體；

(2)將所述碳纖維預(yù)制體形成為內(nèi)部具有孔隙的多孔碳/碳復(fù)合材料；

(3)以硅鋯合金為反應(yīng)物，采用反應(yīng)熔滲法將所述多孔碳/碳復(fù)合材料制成碳/碳化硅-碳化鋯陶瓷基復(fù)合材料；

(4)以硅鋯前驅(qū)體溶液作為反應(yīng)物，采用浸漬裂解法使所述硅鋯前驅(qū)體與所述碳/碳化硅-碳化鋯復(fù)合材料反應(yīng)，制得所述碳纖維增韌碳化硅-碳化鋯陶瓷基復(fù)合材料。

(三)有益效果

本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明采用多孔碳/碳復(fù)合材料與硅鋯合金粉進(jìn)行反應(yīng)熔滲，可以實(shí)現(xiàn)陶瓷基復(fù)合材料的高效低成本制備；

(2)本發(fā)明在反應(yīng)熔滲之后，引入了硅鋯前驅(qū)體浸漬固化裂解技術(shù)，進(jìn)一步填充陶瓷基復(fù)合材料，得到的碳纖維增韌碳化硅-碳化鋯陶瓷基復(fù)合材料的孔隙率低，提升了其力學(xué)性能和抗燒蝕性能。

附圖說明

本發(fā)明附圖僅僅為說明目的提供，圖中比例與尺寸不一定與實(shí)際產(chǎn)品一致。