[發明專利]一種高熵陶瓷涂層與基體協同改性碳/碳復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202211543040.1
• 申請日: 2022-12-02
• 公開（公告）號: CN115784761B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 周磊;付前剛;李偉;閆寧寧;李棚輝;李賀軍
• 申請（專利權）人: 無錫博智復合材料有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622;C04B41/87
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種高熵陶瓷涂層與基體協同改性碳/碳復合材料及其制備方法，屬于防氧化碳/碳(C/C)復合材料制備技術領域。本發明公開的(Tisubgt;0.25/subgt;Zrsubgt;0.25/subgt;Hfsubgt;0.25/subgt;Tasubgt;0.25/subgt;)C?SiC?Si涂層與基體協同改性C/C復合材料，一方面，通過真空浸漬處理將抗氧化燒蝕組元高熵陶瓷引入多孔C/C復合材料中，實現高熵陶瓷在碳基體中的均勻分布，避免了傳統反應熔滲工藝高溫熔滲過程對碳基體的損傷；另一方面，采用氣相滲硅工藝實現涂層與基體的一次成型并利用連續相Si及其反應產物SiC提高涂層與基體界面結合強度，同質的基體改性與涂層組分可有效緩解涂層與基體的熱失配，能夠有效提高C/C復合材料氧化燒蝕防護的可靠性，從而保證該C/C復合材料能夠應用于超高溫、強燃氣沖刷等極端苛刻環境。

技術領域

本發明屬于防氧化碳/碳(C/C)復合材料制備技術領域，具體涉及一種高熵陶瓷涂層與基體協同改性碳/碳復合材料及其制備方法。

背景技術

目前，解決C/C復合材料氧化燒蝕問題的途徑主要有兩種：一是以材料本身抑制氧化反應為前提的內部基體改性技術[付前剛,李賀軍,沈學濤,李克智,國內C/C復合材料基體改性研究進展,中國材料進展,30(2011)6-12]，即在C/C復合材料內部添加抗氧化組分，使其本身就具有較強的抗氧化能力；二是以防止含氧氣體接觸擴散為前提的外部抗氧化涂層技術，即在C/C復合材料表面制備耐高溫氧化的涂層[Jin?XC,Fan?X.L,Lu?CS,etal.Advances?in?oxidation?and?ablation?resistance?of?high?and?ultra-hightemperature?ceramics?modified?or?coated?carbon/carboncomposites.J.Eur.Ceram.Soc?2018,38:1-28]，利用高溫涂層隔離氧和C/C復合材料基體來達到防氧化的目的。

近年來，在基體改性方面，國內外學者開發的反應熔滲[Chen?BW,Ni?DW,Wang?JX,et?al.Ablation?behavior?of?Cf/ZrC–SiC-based?composites?fabricated?by?animproved?reactive?melt?infiltration.J?Eur?Ceram?Soc?2019,39:4617–4624.]、浸漬裂解[Duan?LY,Luo?L,Liu?LP,et?al.Ablation?of?C/SiC–HfC?composite?prepared?byprecursor?infiltration?and?pyrolysis?in?plasma?wind?tunnel.J?Adv?Ceram?2020,9:393–402.]等方法成功將多種抗氧化陶瓷引入C/C復合材料中，但C/C復合材料內部孔隙結構復雜，陶瓷組分難以均勻分散，C/C復合材料基體不能完全與氧氣隔離，從而使碳纖維和碳基體被氧化。在防氧化涂層方面，目前發展的耐高溫涂層主要依賴陶瓷體系，但由于陶瓷涂層脆性特征及其與C/C復合材料的熱膨脹系數不匹配易導致熱力氧耦合苛刻環境下熱應力開裂、剝落，從而使C/C復合材料迅速被氧化。因此，提高C/C復合材料氧化燒蝕防護的可靠性是保證C/C復合材料應用于超高溫、強燃氣沖刷等極端苛刻環境下的關鍵。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種高熵陶瓷涂層與基體協同改性碳/碳復合材料及其制備方法，以解決現有的C/C復合材料氧化燒蝕可靠性差，無法服役于極端苛刻環境的技術難題。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

本發明公開了一種高熵陶瓷涂層與基體協同改性碳/碳復合材料，該碳/碳復合材料中所述高熵陶瓷涂層的化學組成為：(Ti_0.25Zr_0.25Hf_0.25Ta_0.25)C-SiC-Si。復合材料中基體指(Ti0.25Zr0.25Hf0.25Ta0.25)C-SiC。