[发明专利]一种SiC/ZrC叠层分布的陶瓷基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种树脂基复合材料的制备方法，特别是涉及一种SiC／ZrC叠层分布的陶瓷基复合材料的制备方法。 

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。 

申请号为201110237500.3的中国专利公开了一种炭／炭复合材料SiC／ZrB₂-SiC／SiC涂层及其制备方法。包括内涂层、外涂层和中间涂层，内涂层的厚度为20～50μm，外涂层的厚度为30～80μm，中间涂层的厚度为50～80μm。通过包埋发法制备SiC内涂层，降低中间层ZrB₂-SiC与C／C复合材料的热应力。通过超音速等离子喷涂制备ZrB₂-SiC中间层，ZrB₂-SiC为C／C复合材料提供良好的高温烧蚀、中低温抗氧化及隔热性能。通过沉积法制备SiC外涂层，有效愈合涂层表面缺陷，阻止氧气的渗入，为C／C复合材料提供良好的高温氧化保护。同时在中低温氧化过程中，ZrB₂的氧化产物B₂Ｏ₃可有效愈合涂层中的缺陷，为涂层试样提供良好的中温氧化保护。 

文献“C／C-SiC复合材料的反应熔渗法制备与微观组织，赵彦伟，孙文婷，李俊平，刘宏瑞，张国兵，宇航材料工艺报，2013年第2期”公开了一种无压反应熔渗法在1550℃下将熔融Si或Si_0.9Zr_0.1浸渗入多孔C／C预制体中制备了高致密的C／C-SiC复合材料。采用无压反应熔渗法制备了C／C-SiC复合材料，熔渗Si后复合材料中主要为反应生成的SiC相，还有少量游离Si残留；熔渗Si_0.9Zr_0.1后复合材料中主要生成了SiC、ZrSi₂和ZrC相，未发现游离Si存在。 

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SiC／ZrC叠层分布的陶瓷基 复合材料的制备方法，其特征在于所述的陶瓷基复合材料包括基材C／C复合材料，SiC层，C层，ZrC层。从内到外依次为C／C复合材料，SiC层，C层，ZrC层。先采用化学气相沉积法制备出C／C多孔预制体，预制体的上表面先渗入Si，高温下熔融Si渗入到预制体中与C反应形成SiC，接着沉积热解C，并高温石墨化处理为多孔C层基体，然后在这层C上渗入Zr，高温下熔融Zr渗入该C层反应形成ZrC，其特征在于包括有以下顺序的制备步骤： 

(1)采用平纹编织的碳布叠层制备二维碳纤维预制体； 

(2)采用CVI在碳纤维预制体上沉积热解C，经高温石墨化处理制成多孔C／C预制体； 

(3)将烘干好的多孔C／C预制体放入石墨坩埚中； 

(4)把Si放在多孔C／C预制体的上表面； 

(5)将石墨坩埚放入管式炉中加热，管式炉升温速率为8～10℃／min，加热到1400～1600℃，保温1～3h后随炉冷却，Si熔体依靠毛细管力浸渗到多孔体中反应形成SiC，炉内真空度为8～12Pa； 

(6)从冷却后的坩埚中取出渗Si后的C／C-SiC复合材料，在其渗Si的上表面沉积热解C，并高温石墨化处理为多孔C层基体； 

(7)将上表面有多孔C层的C／C-SiC复合材料放入坩埚中，把Zr放在多孔C层上； 

(8)再次将石墨坩埚放入管式炉中加热，管式炉升温速率为8～10℃／min，加热到1900～2100℃，保温0.5～1.5h后随炉冷却，炉内真空度为8～12Pa，Zr熔体依靠毛细管力浸渗到多孔C层中反应形成ZrC，至此获得SiC／ZrC叠层分布的陶瓷基复合材料。