[發(fā)明專利]一種HfC-SiC復相陶瓷基復合材料及其制備方法

在審

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• 申請日: 2022-12-04
• 公開（公告）號: CN115849910A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設計）人: 梅敏;李軍平;房金銘;孫新;李鈺梅;李俊寧;王金明;耿瓊;逄錦程;胡繼東
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/80;C04B35/81;C04B35/622;C04B35/64
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本發(fā)明公開了一種HfC?SiC復相陶瓷基復合材料及其制備方法。本發(fā)明是以碳纖維編織物為增強體，采用無氧型液態(tài)HfC前驅體與SiC前驅體復配制得HfC?SiC復相陶瓷前驅體，通過PIP工藝制備出HfC?SiC復相陶瓷基復合材料。本發(fā)明的優(yōu)點在于：制備的HfC?SiC復相陶瓷前驅體具有陶瓷產率高、陶瓷組元比例可調控，基體中的部分SiC陶瓷組元以晶須的形式存在，可大幅提高材料的力學性能；同時，前驅體陶瓷產率的提高可大幅縮短復合材料的制備周期，進而降低碳纖維在高溫裂解過程中的損傷程度，制得的HfC?SiC復相陶瓷基復合材料具有優(yōu)異的力學及抗氧化性能。

技術領域

本發(fā)明屬于超高溫陶瓷基復合材料制備技術領域；特別涉及一種HfC-SiC復相陶瓷基復合材料及其制備方法。

背景技術

HfC是一種超高溫陶瓷材料，具有較高的熔點(3890℃)以及良好的化學穩(wěn)定性和超高溫抗氧化性能，將其作為基體與連續(xù)碳纖維增強體制得的超高溫陶瓷基復合材料，具有低密度、高強度、高斷裂韌性、抗熱震、抗燒蝕等一系列優(yōu)點，可作為熱結構部件在2000℃以上的超高溫環(huán)境中長時間使用，在超高聲速飛行器領域具有廣闊的應用前景。

前驅體浸漬裂解法(PIP)是制備超高溫陶瓷基復合材料的常用方法，它具有工藝設備簡單、反應溫度低、制備周期短、可制備形狀復雜、尺寸大的零部件等優(yōu)點。但由于目前用于PIP工藝的液態(tài)HfC前驅體需在1500℃以上的溫度進行處理才能得到HfC陶瓷，且得到的陶瓷產率較低(＜50％)，一般需要20輪以上的反復浸漬-高溫裂解才能得到致密度較高的復合材料，從而導致復合材料的制備周期長、成本高、性能低。此外，單一的HfC陶瓷基體中低溫抗氧化性能較差，無法滿足熱結構材料在寬溫域條件下使用的需求，限制了其在工程化領域的廣泛應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種HfC-SiC復相陶瓷基復合材料及其制備方法。本發(fā)明通過HfC前驅體與SiC前驅體的反應，制備出具有高陶瓷產率的HfC-SiC復相陶瓷前驅體，再采用PIP工藝制備出HfC-SiC復相陶瓷基復合材料。

本發(fā)明提供的制備HfC-SiC復相陶瓷基復合材料的方法，包括：

1)將SiC前驅體與式I所示HfC前驅體進行反應，得到HfC-SiC復相陶瓷前驅體；

R₁至R₄均選自茂基、乙烯基和C4-C8烷基中至少一種；且R₁至R₄中有一組基團為茂基；該式I所示HfC前驅體為無氧型前驅體，室溫(25℃)下為液態(tài)；

2)以碳纖維三維織物為增強體，制得織物預制體；

3)將所述織物預制體進行高溫預處理與化學氣相沉積，得到織物預制體中間體；

4)將步驟3)所得所述織物預制體中間體在步驟1)所得HfC-SiC復相陶瓷前驅體中進行浸漬、固化及低溫裂解，得到HfC-SiC復相陶瓷基體；

5)重復步驟4)，得到HfC-SiC復相陶瓷基復合材料素坯；

6)將步驟5)所得HfC-SiC復相陶瓷基復合材料素坯進行高溫處理；

7)重復4)及步驟6)，得到HfC-SiC復相陶瓷基復合材料。

上述方法的步驟1)中，SiC前驅體為由固態(tài)聚碳硅烷和液態(tài)SiC前驅體組成的混合物；

所述固態(tài)聚碳硅烷和液態(tài)SiC前驅體的質量比為(0.4～1.0)：1；具體為0.75-0.9:1；

所述SiC前驅體與式I所示HfC前驅體的質量比為0.1～0.5：1；具體為0.2:1。

所述步驟1)反應步驟中，溫度為50-80℃；具體為70℃；時間為1-3h；具體為2h。