[發明專利]一種抗強燒蝕的稀土改性超高溫陶瓷基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110856783.3
• 申請日: 2021-07-28
• 公開（公告）號: CN113526972A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 董紹明;陳博文;倪德偉;丁玉生;張翔宇
• 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;C04B35/565;C04B35/56;C04B35/628;C04B35/84
• 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

1.一種抗強燒蝕的稀土改性超高溫陶瓷基復合材料，其特征在于，所述稀土改性超高溫陶瓷基復合材料包括：纖維預制體、依次形成在纖維預制體表面的超高溫陶瓷和稀土氧化物的混合相及碳化物基體；所述纖維預制體的含量為15vol%～50vol%，所述超高溫陶瓷和稀土氧化物的混合相的體積含量為16vol%～50vol%，碳化物基體的含量為10vol%～40vol%。

2.根據權利要求1所述的抗強燒蝕的稀土改性超高溫陶瓷基復合材料，其特征在于，所述超高溫陶瓷為TaC、ZrC、ZrB₂、HfC、HfB₂中的至少一種；所選稀土氧化物為Y₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃中的至少一種；所述碳化物基體選自SiC、ZrC、HfC和TaC中的至少一種。

3.根據權利要求1所述的抗強燒蝕的稀土改性超高溫陶瓷基復合材料，其特征在于，所述纖維預制體為二維碳纖維預制體、三維碳纖維預制體或其混合結構。

4.根據權利要求3所述的抗強燒蝕的稀土改性超高溫陶瓷基復合材料，其特征在于，所述纖維預制體中纖維表面包覆界面層；所述界面層選自PyC、BN、(PyC/SiC)n、(BN/SiC)n多層復合界面的至少一種；優選地，所述界面層的總厚度為0.1μm～1μm。

5.根據權利要求1-4中任一項所述的抗強燒蝕的稀土改性超高溫陶瓷基復合材料，其特征在于，所述混合相中，超高溫陶瓷的含量為15vol%～40vol%，稀土氧化物的含量為1vol%～10vol%。

6.根據權利要求5所述的抗強燒蝕的稀土改性超高溫陶瓷基復合材料，其特征在于，所述超高溫陶瓷和稀土氧化物體積含量比為（1.5～40）：1。

7.根據權利要求1-6中任一項所述的抗強燒蝕的稀土改性超高溫陶瓷基復合材料，其特征在于，以2500℃下燒蝕300秒作為一個燒蝕循環，經過10次燒蝕循環后，所述抗強燒蝕的稀土改性超高溫陶瓷基復合材料的線燒蝕率≤0.5μm/s，質量燒蝕率≤0.5 g/m²·s。

8.一種權利要求1-7中任一項所述的抗強燒蝕的稀土改性超高溫陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，包括：

（1）將超高溫陶瓷粉體、稀土氧化物粉體、分散劑和溶劑混合，得到混合漿料；

（2）采用漿料浸漬法將混合漿料引入纖維預制體中，再經干燥、排膠處理，得到改性纖維預制體；

（3）以聚碳硅烷、Hf基前驅體、Zr基前驅體和Ta基前驅體中的至少一種作為為前驅體，采用前驅體浸漬裂解法對改性纖維預制體進行致密化，得到所述抗強燒蝕的稀土改性超高溫陶瓷基復合材料。

9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述溶劑為無水乙醇、丙酮、乙酸乙酯、水和二甲苯等中的至少一種；所述混合漿料的固含量為40～80 wt%。

10.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述分散劑為PVB、PVA、PVP、酚醛樹脂中的至少一種，分散劑添加量為陶瓷粉體質量的3～20wt%；所述稀土氧化物含量占粉體總質量的1～35vol%。

11.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述漿料浸漬法為真空浸漬或振動浸漬；所述真空浸漬的真空度為-0.05MPa～0.10MPa，浸漬時間為0.5～6小時；所述振動浸漬的頻率為1～200Hz，加速度為0.1～5g，時間為0.5～6小時；

所述干燥的溫度為60～150℃，時間為1～6小時；

所述排膠的溫度為600～1000℃，時間為1～3小時，氣氛為真空或氬氣氣氛。

12.根據權利要求8-11中任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，前驅體浸漬裂解法對改性纖維預制體進行致密化為：1）將改性纖維預制體真空浸漬在前驅體中，再經干燥和裂解；2）重復步驟1）多次，直到浸漬裂解的增重小于1wt%；優選地，所述真空浸漬的真空度為-0.05MPa～0.10MPa，浸漬時間為0.5～6小時；所述裂解的溫度為500～1200℃，時間為0.5～3小時，氣氛為氬氣氣氛。