[发明专利]一种碳纤维增强硼化铪-硼化钽-碳陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳纤维增强硼化铪‑硼化钽‑碳陶瓷基复合材料及其制备方法。所述方法包括：(1)用包含铪钽前驱体共聚物、硼源前驱体、碳源前驱体和有机溶剂的铪钽前驱体溶液浸渍碳纤维预制体，然后将浸渍后的所述碳纤维预制体依次经过固化和裂解的步骤；和(2)重复步骤(1)多次，制得碳纤维增强硼化铪‑硼化钽‑碳陶瓷基复合材料。本发明的制备方法具有工艺简单，不需要任何添加剂，制备温度低，制备周期短，易于工业化实施等优点。本发明制得的碳纤维增强硼化铪‑硼化钽‑碳陶瓷基复合材料具有韧性好、耐超高温、抗氧化性能优异和耐烧蚀性能优异等优点。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料技术领域，尤其涉及一种碳纤维增强硼化铪-硼化钽-碳陶瓷基复合材料及其制备方法。

背景技术

连续碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC复合材料)是一种理想的高温结构材料，具有耐高温、低密度、高强度、抗热震等一系列优点，在航空航天领域具有广泛的应用前景。由于航空航天飞行器不仅需要在高速超高温的严苛条件下正常使用，还需要具备高可靠性以及长寿命的优良性能，这就要求航空航天材料具有更优异稳定的性能以及相应的制备工艺。

过渡族金属元素硼化物和碳化物具有超过3000℃的超高熔点，被称为超高温陶瓷(UHTC)。超高温陶瓷具有极高熔点、高硬度、高温强度等一系列优点，被认为是极端热和化学环境下的候选材料。因此在C/SiC复合材料中添加超高温陶瓷材料成为一种提高其高温阶段抗烧蚀能力的有效方法。超高温陶瓷基复合材料是以连续纤维作为骨架，以难熔金属的碳化物或硼化物等多组元陶瓷作为基体，并在基体外设计抗氧化涂层，以此制备出连续纤维增韧的超高温陶瓷基复合材料，例如碳纤维增强碳化硅-碳化锆复合材料(C/SiC-ZrC复合材料)、碳纤维增强碳化硅-硼化铪复合材料(C/SiC-HfB₂复合材料)等。

目前以碳化锆-碳化硅、硼化锆-碳化硅、碳化铪-碳化硅为基体的超高温陶瓷复合材料得到了主要研究和广泛的应用，但随着目前对航空航天飞行器越来越严苛的应用环境要求，目前对陶瓷基复合材料的耐超高温、抗氧化性能、耐烧蚀性能以及力学性能等提出了更高的要求。

硼化铪(HfB₂)和硼化钽(TaB₂)作为优良的超高温陶瓷材料，具有极高的熔点、高热导率、低热膨胀系数、良好的耐热冲击性，高温环境中能保持强度和稳定性，在极端环境中具有优异的机械性能，在2000～2200℃的大气中使用，其抗氧化性比二硼化锆(ZrB₂)高10倍，能很好地满足超高温环境下的使用要求，目前硼化铪和硼化钽通常被用作复合材料的高温陶瓷涂层。

中国专利申请201611034977.0通过化学气相沉积法(CVD)在碳/ 碳复合材料(C/C复合材料)或者C/SiC复合材料等的表面沉积了复合涂层(Zr(Ta)B₄)和复合涂层(Hf(Ta)B₄)作为高温陶瓷涂层。虽然，目前采用化学气相沉积法可以沉积出硼化铪和硼化钽复合涂层，但现有技术中的原料和方法均难以使硼化钽和硼化铪同时在复合材料内部均匀分布，无法同时采用硼化钽和硼化铪改性陶瓷基复合材料。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种碳纤维增强硼化铪-硼化钽-碳陶瓷基复合材料及其制备方法。本发明方法具有工艺简单，不需要任何添加剂，易于工业化实施等优点。本发明制得的碳纤维增强硼化铪-硼化钽-碳陶瓷基复合材料具有韧性好、耐超高温、抗氧化性能优异和耐烧蚀性能优异等优点。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种碳纤维增强硼化铪-硼化钽-碳陶瓷基复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)用包含铪钽前驱体共聚物、硼源前驱体、碳源前驱体和有机溶剂的铪钽前驱体溶液浸渍碳纤维预制体，然后将浸渍后的所述碳纤维预制体依次经过固化和裂解的步骤；和

(2)重复步骤(1)多次，制得碳纤维增强硼化铪-硼化钽-碳陶瓷基复合材料。