[發(fā)明專利]一種熔鹽熔滲材料、陶瓷界面改性材料和超高溫陶瓷改性復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011551092.4
• 申請(qǐng)日: 2020-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112279646B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫威;徐永龍;熊翔;張紅波;曾毅;陳招科;王雅雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/56
• 分類號(hào): C04B35/56;C04B35/83;C04B35/628;C04B35/622
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 任潔芳

本發(fā)明提供了一種熔鹽熔滲材料，由超高溫金屬和反應(yīng)性熔鹽組成；所述超高溫金屬為Hf；所述反應(yīng)性熔鹽為K2ZrF6、K2TiF6和K2TaF7中的一種或幾種。本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)反應(yīng)熔滲C/C復(fù)合材料時(shí)，多元超高溫陶瓷引入C/C基體難、滲入基體深度有限和超高溫陶瓷偏聚性極大的問(wèn)題，在遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)反應(yīng)熔滲溫度條件下即可實(shí)現(xiàn)多元超高溫陶瓷改性C/C復(fù)合材料的制備；可實(shí)現(xiàn)C/C基體內(nèi)超高溫陶瓷界面層自由設(shè)計(jì)的目的；可在遠(yuǎn)低于Zr、Hf和Ta單質(zhì)熔點(diǎn)的溫度條件下熔滲。本發(fā)明還提供了一種陶瓷界面改性材料和超高溫陶瓷改性復(fù)合材料及其制備方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熔鹽熔滲材料、陶瓷界面改性材料和超高溫陶瓷改性復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

超高溫陶瓷改性C/C復(fù)合材料（C/C-UHTCs）具有耐超高溫?zé)g（2000℃）、抗氧化、優(yōu)良的高溫力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，是極佳的航空航天關(guān)鍵熱結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于超高聲速飛行器的舵翼前緣、喉襯等部位。

C/C-UHTCs制備方法較多，如化學(xué)氣相沉積法、浸漬-裂解法、反應(yīng)熔滲法等等。但現(xiàn)有文獻(xiàn)及報(bào)道表明，上述方法均存在極大的技術(shù)局限，限制其在領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展。化學(xué)氣相沉積法由于粉料輸送困難，難以制備大型、異形C/C-UHTCs構(gòu)件；而浸漬-裂解法制備繁瑣，時(shí)間長(zhǎng)，需要反復(fù)浸漬，成本高昂；反應(yīng)熔滲法采用高溫合金熔體或低溫硅化物熔體引入C/C基體，合金熔體與碳相的劇烈反應(yīng)易造成纖維的損傷，導(dǎo)致力學(xué)性能降低。因此，有必要開(kāi)發(fā)成本更低、制備快捷和對(duì)纖維損傷小的C/C-HUTCs復(fù)合材料制備方法。

熔鹽熔滲是一種新型的超高溫陶瓷引入C/C復(fù)合材料的方法，是在反應(yīng)熔滲的基礎(chǔ)上的巨大改進(jìn)。傳統(tǒng)反應(yīng)熔滲是利用攜帶有超高溫金屬組元的合金熔體作為載流體進(jìn)入C/C多孔體，基體中的碳可以在合金熔體中發(fā)生擴(kuò)散并相互反應(yīng)形成碳化物。這也導(dǎo)致了熔滲過(guò)程強(qiáng)烈受合金熔體的粘度、合金熔體與碳潤(rùn)濕性、以及與碳相的反應(yīng)速率等本征性質(zhì)限制。當(dāng)直接采用超高溫合金熔體如（如Zr金屬、Zr-Ti合金等）作為超高溫金屬的載流體，由于合金熔點(diǎn)高、熔體粘度大、熔滲溫度超過(guò)2200℃，高溫條件下熔體與碳的快速反應(yīng)容易形成高熔點(diǎn)碳化物阻塞熔滲通道，導(dǎo)致復(fù)合材料難致密。前人采用Me-Si合金（Me=Zr、Hf等）熔體改善熔滲過(guò)程。硅系合金熔體相對(duì)于超高溫合金熔體而言，其粘度和熔點(diǎn)均較低，在硅合金載流作用下，材料的致密度和低溫抗氧化性可得到極大的提高。但Me-Si熔體的引入也會(huì)造成幾個(gè)問(wèn)題。首先，硅系合金同時(shí)載流原子質(zhì)量相差大的超高溫金屬原子時(shí)，如采用Zr-Hf-Si合金或混合粉末反應(yīng)熔滲C/C基體時(shí)，由于Zr（原子質(zhì)量91.22g/mol）Hf（原子質(zhì)量178.5g/mol），熔滲極易造成ZrHfC在C/C基體內(nèi)部偏聚，自發(fā)形成部分區(qū)域富SiC相和富ZrHfC陶瓷相的問(wèn)題，造成高溫性能不穩(wěn)定。其次，熔滲后也會(huì)在基體中殘留低熔點(diǎn)硅化物，這些低熔相在高溫應(yīng)用中溢出或腐蝕相界面，造成材料性能降低。此外，Me-Si系合金熔滲還將造成熱解炭(PyC)-陶瓷界面單一化，即形成PyC-SiC界面，這并不利于材料界面設(shè)計(jì)，同時(shí)也將限制復(fù)合材料在高溫領(lǐng)域中的拓展應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種熔鹽熔滲材料、陶瓷界面改性材料和超高溫陶瓷改性復(fù)合材料的制備方法，本發(fā)明提供的陶瓷界面改性材料及超高溫陶瓷改性復(fù)合材料的制備方法解決了反應(yīng)熔滲必須依托低熔點(diǎn)硅系合金熔體作為超高溫金屬相的載流體的問(wèn)題和缺陷以及反應(yīng)熔滲對(duì)多元超高溫陶瓷引入C/C基體難、滲入基體深度有限和超高溫陶瓷偏聚性極大的問(wèn)題，通過(guò)高價(jià)態(tài)反應(yīng)性熔鹽作為新型C/C基體內(nèi)超高溫陶瓷相來(lái)源和載流體，直接實(shí)現(xiàn)低溫條件下快速制備高致密度的多元超高溫陶瓷改性C/C復(fù)合材料；而且通過(guò)熔鹽解決了傳統(tǒng)反應(yīng)熔滲的熱解炭-陶瓷界面結(jié)構(gòu)不可控的問(wèn)題，能夠在碳碳基體內(nèi)的界面上自由設(shè)計(jì)所需的陶瓷層及成分。

本發(fā)明提供了一種熔鹽熔滲材料，由超高溫金屬和反應(yīng)性熔鹽組成；

所述超高溫金屬為Hf；

所述反應(yīng)性熔鹽為K2ZrF6、K2TiF6和K2TaF7中的一種或幾種；