[发明专利]一种碳纤维增强碳-铪钽碳固溶体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碳‑铪钽碳固溶体复合材料及其制备方法。所述制备方法包括利用化学气相渗透法在碳纤维预制体上制备热解碳界面层，利用热解法或前驱体浸渍裂解法制备C基体，然后利用铪钽碳陶瓷前驱体浸渍裂解法制备C‑Ta_xHfC过渡基体，最后利用铪钽碳前驱体浸渍裂解法制备Ta_xHfC基体。本发明制得的C_f/C‑Ta_xHfC复合材料中包含分布均匀的C‑Ta_xHfC过渡基体，可增加第一C基体和抗氧化Ta_xHfC基体的热匹配性，增强复合材料的力学性能；本发明制得的C_f/C‑Ta_xHfC复合材料中Ta_xHfC含量高，可明显增强复合材料的抗氧化性能。

技术领域

本发明属于C/C复合材料制备技术领域，尤其涉及一种C_f/C-Ta_xHfC复合材料及其制备方法。

背景技术

C/C复合材料具有密度低、耐高温、抗烧蚀、抗热震等性能，在3000℃以上还具有优异的性能，作为高温结构材料，广泛应用于固体火箭发动机、飞行器热端构件、飞机刹车盘等。但是，由于C/C复合材料由C元素组成，在400℃以上时，C容易与氧气发生反应生成碳氧化合物，以气体形式流失，导致C/C复合材料的高温抗氧化性能较差。因此，需要对C/C复合材料进行抗氧化改性，以满足高温氧化气流冲刷服役环境。

目前，主要采用两种方法对C/C复合材料进行抗氧化改性。一种是在C/C复合材料基体表面制备抗氧化涂层，但是，由于涂层与基体C的热物理性能相差较大，结合力较差，在高温气流冲刷下，涂层易剥落，失去抗氧化作用，该种方法的应用范围较窄。另一种是对C基体进行改性，在基体中引进超高温陶瓷组元，增加基体的抗氧化性能。如：“Corros.Sci.2013,75:169-175”利用金属盐浸渍法结合CVI法制备了HfC改性的C/C复合材料，CN201410383873.5利用CVD法制备了一维HfC改性的C/C复合材料，但是这两种方法制备的改性C/C复合材料基体分布不均匀、HfC含量较少；CN201510653314.6和CN201610044873.1利用PIP法制备了HfC改性的C/C复合材料，但是，由于HfC与C基体的不匹配性，导致复合材料力学性能较低。

中国专利申请CN201710584975.7公开了一种C_f/HfC-TaC-C复合材料的制备方法，其以碳纤维预制体为骨架，将碳纤维预制体浸渍于含铪钽前驱体共聚物的前驱体溶液中并经过固化、裂解制得，但该制备方法制得的是以HfC-TaC-C作为基体的复合材料，C_f/HfC-TaC-C复合材料仍存在由于HfC、TaC的耐温性不够以及HfC、TaC与C基体的不匹配性而使得复合材料的力学性能较低以及抗氧化性能有待进一步提升的问题。中国专利申请CN201910378688.X公开了一种碳/铪钽碳固溶体-碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，但该制备方法制得的复合材料中缺乏过渡基体，同样存在铪钽碳固溶体与碳化硅的不匹配从而导致复合材料的力学性能较低的问题。

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碳-铪钽碳固溶体复合材料(C_f/C-Ta_xHfC复合材料)及其制备方法。本发明方法解决了现有改性C/C复合材料基体中抗氧化组元含量低、分布不均匀和热匹配性差的问题，同时改善C/C复合材料的高温抗氧化性能和力学性能。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种C_f/C-Ta_xHfC复合材料(即碳纤维增强碳-铪钽碳固溶体复合材料)的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)用酚醛树脂浸渍沉积有热解碳界面层的碳纤维预制体，然后将浸渍后的所述碳纤维预制体依次进行固化和高温裂解的步骤；

(2)重复步骤(1)2～5次，制得含有C基体的复合材料；