[发明专利]一种C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷基复合材料及其制备方法，特别是涉及一种C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料及其制备方法。

技术背景

超高音速飞行器长时间飞行、大气层再入、跨大气层飞行和火箭推进系统极端对高温热结构材料提出了极为苛刻的要求，在这些环境中，高温热结构材料不仅要求承受2000℃乃至更高温度的考验，还要承受高速气流的冲刷以及氧化性气体的腐蚀。现有C/SiC复合材料和C/C复合材料已经不能满足超音速飞行器鼻锥、机翼前缘、长寿命发动机燃烧室等部件的使用要求。C/SiC复合材料主要受限于其耐温性能差，该材料的最佳使用温度为1300～1650℃；C/C复合材料的使用温度虽然能达到2800℃，但其抗氧化涂层的使用温度不超过1650℃。

文献“ZrC基复合材料及微观结构分析，戎志丹，刘玉付，仲文静.东南大学学报，42(2)：350-354”介绍了一种熔渗法成功制备了ZrC基复合材料。文献“专利申请号是200910227195.2的中国发明专利”公开了一种C/ZrC陶瓷基复合材料及其制备方法，该方法是以碳纤维预制件为基础，通过化学气相沉积法或者树脂液相浸渍裂解法制备得到C/C复合材料，再以金属Zr或Zr的合金为渗剂，通过融渗反应得到C/ZrC陶瓷基复合材料。

以上发明得到的复合材料具有耐超高温、耐氧化、耐烧蚀、抗热震等优良性能。但是由于在融渗过程中金属Zr易损害C纤维，使材料的力学性能显著降低。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的缺陷，提供了一种在不破坏C纤维的情况下具有耐超高温的、耐氧化、抗热震的高性能的复合材料及其制备方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：提供一种C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料，由C纤维、C基体、SiC基体和ZrC基体组成，其特征在于SiC基体存在于C/C骨架和ZrC基体之间。所述的C纤维所占的体积分数为45～55％，C基体所占的体积分数为5～10％，SiC基体所占的体积分数为5～10％，ZrC基体所占的体积分数为25～45％。

本发明还提供了一种C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)将C纤维编织或叠层制备增强结构，C纤维所占的体积分数为45～55％；

(2)通过化学气相渗透的方法沉积热解碳，然后进行高温石墨化处理合成的C/C骨架，温度1500～2500℃；

(3)再通过聚碳硅烷液相浸渍裂解引入SiC增密复合材料；

(4)然后浸置硼酚醛树脂，高温裂解形成C；

(5)通过融渗法渗金属锆，温度1900～2200℃，反应生成ZrC；

(6)融渗后进行高温热处理，热处理温度为1500～1800℃；

(7)得到C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料。

本发明的有益效果：(1)由于在C/C骨架上制备了一层SiC基体，能够为C纤维提供保护，防止在后面融渗金属Zr过程中，金属Zr对基体的破坏；(2)该材料具有强度高、耐超高温、抗氧化、抗热震等优良性能；(3)采用硼酚醛树脂浸渍热解会形成疏松多孔热解碳，易于金属Zr的融渗。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例

一种C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料，由C纤维、C基体、SiC基体和ZrC基体组成，其特征在于SiC基体存在于C/C骨架和ZrC基体之间。所述的C纤维所占的体积分数为50％，C基体所占的体积分数为10％，SiC基体所占的体积分数为10％，ZrC基体所占的体积分数为30％。

本发明还提供了一种C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)将C纤维编织或叠层制备增强结构，C纤维所占的体积分数为50％；

(2)通过化学气相渗透的方法沉积热解碳，然后进行高温石墨化处理合成C/C骨架，温度2000℃；

(3)再通过聚碳硅烷液相浸渍裂解引入SiC增密复合材料；

(4)然后浸置硼酚醛树脂，高温裂解形成C；

(5)通过融渗法渗金属锆，温度1950℃，反应生成ZrC；

(6)融渗后进行高温热处理，热处理温度为1600℃；

(7)得到C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料。