[发明专利]一种碳纤维增强（碳-）碳化硅基-超高温陶瓷基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种碳纤维增强(碳-)碳化硅基-超高温陶瓷基复合材料，其特征在于：该复合材料由碳纤维承力骨架区、界面层区、综合性能调节区和抗氧化耐烧蚀区组成，其中：

碳纤维承力骨架区：是以碳纤维为原材料，采用针刺、编织等方法制备成的碳纤维预制体；

界面层区：采用PyC作为界面层并包裹在碳纤维周围，界面层起到裂纹偏转的作用，以提高材料的强度和韧性；

综合性能调节区：所述综合性能调节区为PyC-SiC功能层，是由热解碳基体和碳化硅基体组成，所述热解碳基体和碳化硅基体依次包覆在界面层上；所述PyC-SiC功能层能提高材料力学性能和抗氧化性能，通过改变其中热解碳基体(PyC基体)与碳化硅基体(SiC基体)的组成配比，可制备出多种综合性能优异的复合材料；

抗氧化耐烧蚀区：由超高温陶瓷和SiC涂层组成，其中：超高温陶瓷覆盖在综合性能调节区中的碳化硅基体上，并在材料外表面沉积SiC涂层。

2.根据权利要求1所述的碳纤维增强(碳-)碳化硅基-超高温陶瓷基复合材料，其特征在于：所述碳纤维预制体厚度为1～20mm，界面层厚度为0.1～3μm，所述超高温陶瓷为ZrC、ZrB₂和HfC中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的碳纤维增强(碳-)碳化硅基-超高温陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：该方法采用化学气相渗(CVI)、前驱体浸渍裂解(PIP)和化学气相沉积(CVD)复合工艺实现材料的制备，具体包括如下步骤：

(1)将碳纤维预制体置于沉积炉中，以C₃H₈为碳源，Ar或N₂为稀释气和保护气，采用CVI工艺，沉积PyC界面层，通过沉积时间控制界面层厚度；

(2)沉积PyC基体：将步骤(1)所得含有界面层的碳纤维预制体置于化学气相沉积炉中，以C₃H₈为碳源，Ar或N₂为稀释气和保护气，采用CVI工艺在界面层上沉积PyC基体，获得；

(3)沉积SiC基体：在化学气相沉积炉中，以三氯甲基硅烷(MTS)为原料，以氢气(H₂)为载气，Ar或N₂为稀释气和保护气，采用CVI工艺，在步骤(2)中含有PyC基体的碳纤维预制体上沉积SiC基体，沉积后在碳纤维预制体上获得PyC-SiC功能层；

(4)将步骤(3)所得样品依次进行机械加工、超声清洗和低温干燥；

(5)采用PIP工艺，在步骤(4)处理后的样品中引入超高温陶瓷，过程为：将样品置于真空压力容器内，利用真空环境将超高温陶瓷前驱体溶液引入到步骤(4)所得样品材料内，再依次经压力浸渍、低温固化和高温裂解过程得到超高温陶瓷；反复循环上述过程3～15次，至材料整体密度达到2.0～2.3g/cm³；

(6)采用CVD工艺，将含有超高温陶瓷的样品置于CVD炉中沉积SiC涂层后，即得到所述碳纤维增强(碳-)碳化硅基-超高温陶瓷基复合材料。

4.根据权利要求3所述的碳纤维增强(碳-)碳化硅基-超高温陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述碳纤维预制体可采用2D针刺结构、2.5D编织结构、3D编织结构或细编穿刺结构，预制体的体积密度不限。

5.根据权利要求3所述的碳纤维增强(碳-)碳化硅基-超高温陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，沉积PyC界面层的工艺参数为：Ar或N₂气体流量0.05～0.5m³/h，C₃H₈气体流量0.01～0.5m³/h，沉积温度700～1000℃，沉积时间1～10h。