[发明专利]碳化铪先驱体浸渍液的制备及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及到碳化铪先驱体浸渍液的制备方法。本发明还涉及到利用先驱体浸渍 裂解法制备碳化铪改性C/C复合材料的制备工艺。

技术背景

碳化铪（HfC）具有优异的物理和化学性能，如高硬度、高熔点(3890℃)、固相稳定 性、热力学稳定性和好的热震性，在一定温度下还具有高强度、耐磨性，热

导率和导电能力，因此它是目前人们感兴趣的超高温材料之一。

炭炭复合材料具有较低的密度，较高的热导率，以及优异的抗热震性能和良好的 抗烧蚀性能，是一种理想的制备高温热结构部件材料，近年来大量应用于航空、航天领域。 但是在高温和高压气流环境下，炭炭复合材料会快速发生氧化和烧蚀，进而限制了其应用。 为了提高炭炭复合材料在高温环境下的应用效能，近年来提出的提高抗烧蚀性能一个重要 途径是引入难熔金属碳化物(ZrC、HfC)来提高炭炭复合材料的抗氧化能力、降低烧蚀率以 及承受更高的燃气温度或更长的工作时间。

目前主要是采用化学气相沉积（CVD）工艺将HfC陶瓷相引入到炭炭复合材料的体 系内。CVD工艺制备的碳化铪改性C/C复合材料，虽然HfC涂层均匀性较好，结构易于控制，但 是由于基体和涂层之间的结合属于物理吸附，两者之间的结合强度较低。先驱体浸渍裂解 （PIP）工艺是一种制备炭炭复合材料极为有效的手段，便于制备形状复杂的大型件和异型 件，引入到基体内的陶瓷颗粒能均匀的分散在炭炭复合材料的内部。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备HfC陶瓷相先驱体浸渍液的工艺，同时采用该浸渍 液结合先驱体浸渍裂解法制备碳化铪改性C/C复合材料，通过该工艺将HfC陶瓷相均匀的引 入到炭炭复合材料基体内部，将有效地解决了炭炭复合材料在高温下应用的难题。

本发明在氮气保护下，以四氯化铪为原料，与ROH发生亲核取代反应，R为乙基、丙 基、环己基或苯甲基；具体包括：

将四氯化铪按1：2～4的比例加入到有机溶剂甲苯或二甲苯中，将反应体系降至0℃以 下，ROH滴加到反应体系内，ROH与四氯化铪的摩尔比为1：4～5，充分反应后，回升反应体系 温度至室温；

抽滤反应体系中的沉淀得到溶液A，利用蒸馏水将溶液A中的杂质除掉，得到溶液B，采 用萃取试剂富集溶液B中的有机相，得到溶液C；

向C中加入干燥剂，抽滤，减压蒸馏得到最终的碳化铪先驱体浸渍液，碳化铪先驱体浸 渍液的结构式为：

所述的萃取试剂为二氯甲烷，干燥剂为无水硫酸镁。

碳化铪先驱体浸渍液陶瓷化处理步骤为：将交联固化后的样品置入热处理炉中， 调节升温速率为5℃/min，氩气氛围保护下升温至1500-1600℃，保温时间为2h，随炉冷 却至室温。

将沉积有碳界面层的炭纤维预制体置入真空浸渍装置内，缓慢加入HfC陶瓷相先 驱体浸渍液，真空度控制在1KPa以下，浸渍时间为45-60min之间。将浸渍后的样品转移至 烘箱中，烘箱温度调节为100-120℃，干燥8-12小时，气氛为大气环境下，将交联固化后的 样品置入热处理炉中，调节升温速率为5℃/min，氩气氛围保护下升温至1500-1600℃，保 温时间为2h，随炉冷却至室温。利用酒精将陶瓷化后的样品进行超声清洗，而后进行烘干。 重复上述浸渍、交联固化、陶瓷化处理，样品最终体积密度为1.91g/cm³。

通过本发明制备的碳化铪先驱体浸渍液，并将HfC陶瓷相均匀的引入到炭炭复合 材料基体内部，有效地解决了炭炭复合材料在高温下应用的难题，碳化铪陶瓷相的引入，及 大地改善了C/C复合材料的高温抗烧蚀性能，拓宽了C/C复合材料的应用范围。

附图说明

图1为本发明的碳化铪先驱体浸渍液经热处理后的表面微观形貌和XRD物相图谱 图。

图2为碳化铪先驱体浸渍液陶瓷化过程中物相的转化图。

图3为C/C-HfC复合材料截面微观形貌图。

图4为单根纤维局部放大图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。本领域技术人员应当理解，以下 举例示出的实施例仅用于解释本发明而非用于对其作出任何限制。下面描述的各步骤的顺 序并非唯一和不可改变的，只要其符合正常的逻辑顺序而能够实施本发明即可。

实施例1