[发明专利]一种抗氧化耐烧蚀C/C-ZrC碳陶复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种抗氧化耐烧蚀C/C‑ZrC碳陶复合材料的制备方法，包括碳纤维预制体的制备，碳纤维预制体热处理，纤维保护层的制备，多孔C/C复合材料预制体的制备，高温热处理，熔渗合金的制备和反应熔渗制备C/C‑ZrC碳陶复合材料等工艺步骤。与现有技术相比，本发明通过一步合金反应熔渗同时可在C/C‑ZrC复合材料基体内部引入高温含硅化合物和高温含钽化合物，氧化烧蚀过程中二者协同增效，能有效提高现有C/C‑ZrC碳陶复合材料的抗氧化耐烧蚀性能。本发明所述制备工艺周期短，效率高，所制备的C/C‑ZrC碳陶复合材料成本低。

技术领域

本发明属于碳陶复合材料制备技术领域，具体涉及一种抗氧化耐烧蚀C/C-ZrC碳陶复合材料的制备方法。

背景技术

C/C-ZrC碳陶复合材料集C/C复合材料与ZrC陶瓷优异的性能于一体，具有低密度、高强度、高抗热震性、低热膨胀系数等性能，是一种性能优异的高温耐热结构材料。与C/C复合材料相比，ZrC陶瓷的加入显著提高了复合材料的抗氧化耐烧蚀性能。然而，ZrC氧化后形成的ZrO₂熔点高达2700^oC，在其熔点以下不能形成玻璃态物质流动封填复合材料中的孔隙裂纹等缺陷和对碳基体、碳纤维提供有效保护，碳陶复合材料的抗氧化耐烧蚀性能有待进一步提高。

通常，在碳陶复合材料中引入含硅化合物（如SiC），通过含硅化合物氧化后形成的SiO₂与ZrC氧化后形成的ZrO₂协同作用来进一步提高碳陶复合材料的抗氧化耐烧蚀性能，研究比较广泛的复合材料体系有C/C-SiC-ZrC，C/C-ZrC-SiC，C/C-ZrB₂-ZrC-SiC，C/C-ZrB₂–SiC复合材料等。含硅化合物的协同作用，能有效提高碳陶复合材料的抗氧化耐烧蚀性能。然而，含硅化合物氧化后形成的SiO₂在1300^oC以上即转变为玻璃态，而且其在高温下具有较大的蒸发速率和较小的粘度，当碳陶复合材料承受高温燃气冲刷烧蚀时，其往往被气化蒸发和冲刷流失。与 SiO₂相比，Ta₂O₅的熔点高达1800^oC，其具有很低的氧化渗透率和抗氧化烧蚀性能。在碳陶复合材料中引入高熔点的含钽化合物（如碳化钽），可进一步提高C/C-ZrC碳陶复合材料的抗氧化耐烧蚀性能。