[发明专利]一种高温抗氧化碳陶复合材料及其制备方法

说明书

公开了一种高温抗氧化碳陶(C/C‑SiC)复合材料及其制备方法。高温抗氧化碳陶(C/C‑SiC)复合材料是碳纤维预制件增强C和SiC双基体的陶瓷基复合材料，包括碳陶复合材料基体和其表面的SiC基抗氧化陶瓷涂层。制备方法采用浆料涂覆工艺在C/C复合材料表面制备出预涂层；然后采用气相渗硅工艺对包覆有预涂层的C/C复合材料进行气相渗硅处理。在气相渗硅过程中，Si蒸气穿过预涂层与C/C复合材料中的C基体反应生成SiC基体，得到C/C‑SiC复合材料，同时也与预涂层中的C也发生反应生成SiC，使得涂层烧结，冷却时Si蒸气凝聚填充涂层中孔隙，使得涂层变得致密。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料热防护技术领域，具体地涉及一种高温抗氧化碳陶复合材料及其制备方法。

背景技术

C/C-SiC复合材料是碳纤维增强C和SiC双基体的陶瓷基复合材料。 C/C-SiC复合材料应用范围广泛，主要被用于热结构和热防护材料、新一代摩擦材料以及空间光学系统的零部件等。近年来，液相渗硅或气相渗硅工艺制备 C/C-SiC复合材料获得了极大的关注和发展。这是因为该工艺与化学气相沉积以及聚合物浸渍裂解工艺相比较具有工艺简单、制备周期短和成本低等优点，是实现C/C-SiC复合材料大规模应用的首选工艺。另外，该工艺制得的C/C-SiC复合材料具有高比强度、高导热、低热膨胀系数、良好的抗热震性等优点，具有替代C/C复合材料和石墨材料在多领域大规模应用的潜力，但必须首先解决 C/C-SiC复合材料在高温环境中的抗氧化问题。

目前，在C/C-SiC复合材料表面制备涂层是一种最常用的热防护技术之一。在C/C-SiC复合材料表面制备高温涂层的主要方法有化学气相沉积法、包埋法、等离子喷涂法、浆料涂覆法等。其中化学气相沉积法和等离子喷涂法存在成本较高，设备复杂等缺点。包埋法所需反应温度较高(1800～2300℃)，对设备有一定要求，且该工艺不适合在渗硅工艺制备的C/C-SiC复合材料表面制备抗氧化涂层。这是因为渗硅工艺制备的C/C-SiC复合材料中含有一定量的Si，而包埋法所需的高温会使得复合材料中的Si加速熔融流动与碳纤维反应严重，导致复合材料的力学性能下降。浆料涂覆法制备涂层具有工艺简单、操作简便、成本低等优点，且可以通过刷涂不同的浆料，制备多层涂层和过渡涂层。但是其得到的涂层与复合材料基底结合力较弱，涂层成分均一性差，致密度不高。目前，关于气相渗硅或者液相渗硅工艺制备抗氧化涂层的研究较少，而同时制备出C/C-SiC复合材料基体和其表面抗氧化涂层尚未有详细的报道。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种高温抗氧化碳陶复合材料及其制备方法。

本发明的技术方案是，一种高温抗氧化碳陶复合材料，包括碳陶复合材料基体和基体表面的抗氧化涂层，其中碳陶复合材料基体为碳毡预制件增强C和SiC双基体的陶瓷基复合材料，基体表面的抗氧化涂层为厚度在50-500μm范围内、涂层主要成分为SiC的SiC基抗氧化陶瓷涂层。

本发明进一步提供了制备上述耐高温抗氧化碳陶复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)以碳纤维预制件为增强体，将碳纤维预制件置于碳沉积炉中，进行化学气相沉积碳过程制备多孔C/C复合材料素坯，直至其密度达到0.9～1.4g/cm³；

2)先后依次采用400目、600目、1200目砂纸打磨步骤1)所得的C/C素坯的表面和棱角，然后在无水乙醇介质中超声清洗10～20min，在100℃下烘干至恒重；

3)将C粉、SiC粉、化学纯硅溶胶、M相粉按照质量比10～20％:20-50％： 40～50％:0～30％进行混合配制预涂层浆料；其中M相粉为选自MoSi₂粉、ZrB₂粉、Mo粉中的单一粉体或者多种粉体形成的复合粉体；