[发明专利]一种叠层树脂填充混杂复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种树脂基与陶瓷基混杂复合材料，特别是涉及一种叠层树脂填充混杂复合材料。

背景技术

碳／碳(以下简称C／C)复合材料因其具有低密度及优异的高温力学性能，特别是高温下力学性能不降反升的特性，使其成为先进飞行器的热结构件的首选材料。然而，C／C复合材料高温下极易氧化，氧化会使其孔隙增大、结构弱化、导致强度和其他机械性能的迅速降低，并且氧化失重1％，其强度下降达10％，而且在极端环境中(如高冲质比的固体火箭发动机喉衬材料、导弹鼻锥等)C／C复合材料则不具有所需的抗高温烧蚀能能力。因此，C／C复合材料的高温防氧化烧蚀问题是实现其实际应用的瓶颈。为此通过综合碳纤维优异的力学性能与陶瓷基体良好的热、化学稳定性，制备出一种将热防护、结构承载和抗氧化相结合的新型功能一体化复合材料。对于防氧化问题，通过制备SiC涂层来实现，SiC是优秀的抗氧化材料，具有良好的抗氧化作用，生成的SiO₂是已知的最抗氧化的材料，来保护C／C复合材料在高温时不被外界环境氧化。而耐高温问题，通过结合酚醛树脂基复合材料来改善，酚醛树脂耐热性好，能耐瞬时超高温，而且经过改性的酚醛树脂其耐高温性能更加优异，广泛应用于耐热烧蚀材料。并且其原料充足，价格便宜。

申请号为201310007876.4的中国专利公开了一种低密度炭／炭复合材料C／SiC复合涂层及其制备工艺，该复合涂层由内封孔层和外涂层两部分组成；所述内封孔层由以下重量百分比的原料制成；碳化硅粉10％～60％，硅粉1％～25％，石墨粉0.05％～8％，聚丙烯腈研磨碳纤维1％～10％，硅溶胶40％～80％；所述外涂层由以下重量百分比的原料制成：碳化硅粉10％～30％，树脂40％～60％，稀释剂30％～70％，固化剂1％～6％。本发明还包括所述低密度炭／炭复合材料C／SiC复合涂层的制备工艺。本发明之低密度炭／炭复合材料C／SiC复合涂层具有较好抗氧化能力，涂层与基体材料的结合力好，表面致密，无裂纹产生，无落粉现象。

申请号为200910022719.4的中国专利公开了一种碳／碳复合材料防氧化涂层的制备方法，将经过处理的C／C复合材料包埋于粉料中，放入石墨坩埚内，在1800～2200℃进行1～3小时处理，利用超音速等离子喷涂设备将MoSi₂粉料喷涂到具有SiC过渡层的C／C复合材料表面，将制备有SiC／MoSi₂涂层的C／C复合材料放入高温炉内，在1200～1400℃进行热处理2～6小时。该方法制备得到的C／C复合材料在1650℃以上静态空气中防氧化时间由现有技术的200小时提高到300～400小时。

上述两种制备方法制备的复合材料改善了C／C复合材料的抗氧化性能，但高温防护问题并未解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种叠层树脂填充混杂复合材料，其特征在于所述的复合材料为空心圆管状，由两层不同的复合材料组成，内衬为多孔C／C复合材料，外壳为C／SiC陶瓷基复合材料，在多孔C／C复合材料内侧含有一定量树脂。多孔C／C复合材料中基体C与C／SiC复合材料中C纤维有一层热解C界面或ZrO₂、BN界面。

本发明所述的多孔C／C复合材料内衬是由CVI法制备得到，孔隙率为15～35％，增强相碳纤维布体积分数为30～45％，是本发明叠层树脂填充混杂复合材料的基材。

本发明所述的树脂为改性酚醛树脂，其耐热性好，能耐瞬时超高温，厚度为2～4mm，占多孔C／C复合材料内衬厚度的10～20％。

本发明所述的外壳为C／SiC陶瓷基复合材料是以碳化硅基体，二维碳纤维布为增强相。碳纤维布体积分数为30～45％，采用化学气相浸渗法制备得到，厚度为1～3mm。C／SiC陶瓷基复合材料在C／C复合材料外侧，有效提高了C／C复合材料的抗氧化性能。

本发明具有的优点：①基材C／C复合材料多孔结构有隔热作用，且复合结构材料整体质量较轻；②酚醛树脂价格便宜，复合结构材料成本低；③外层C／SiC陶瓷基复合材料为基材C／C复合材料起氧化保护作用，填充树脂提高材料整体结构稳定性。

附图说明

图1为叠层树脂填充混杂复合材料纵向截面图

图示10为多孔C／C复合材料；20为C／SiC复合材料；30为酚醛树脂