[发明专利]一种高导热C/C-SiC复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种高导热C/C‑SiC复合材料的制备方法，包括以下步骤：将中间相沥青基碳纤维进行两级碳化，后编织成碳布，然后，在所述碳布上的Z向上使用PAN基碳纤维进行穿刺处理后进行石墨化和热解碳增密处理，后再次石墨化后得到多孔C/C复合材料骨架；对所述多孔C/C复合材料骨架的表面去壳后，通过狭缝式化学气相渗透法将SiC引入多孔C/C复合材料骨架进行增密并进行热处理，得到所述高导热抗氧化性强的C/C‑SiC复合材料。

技术领域

本发明属于结构功能一体化复合材料技术领域。具体涉及一种高导热、抗氧化的C/C-SiC复合材料的制备方法。

背景技术

C/C-SiC复合材料具有化学稳定性好、硬度高、韧性好、热膨胀系数低、抗热震性能好和密度低等诸多优异性能，被认为是继C/C复合材料之后又一类新型战略性材料。C/C-SiC复合材料应用广泛，可以实现瞬时寿命服役(固体火箭发动机，2800-3000℃)、有限寿命服役(固体火箭发动机，2000-2200℃)和长寿命服役(航空发动机，1650℃)。但是随着高温服役环境越来越苛刻，C/C-SiC复合材料部件的热梯度和热应力集中加剧，这导致其服役可靠性降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由高导热中间相沥青基碳纤维、热解碳和SiC陶瓷相组成的C/C-SiC复合材料的制备方法。

本发明提供了一种C/C-SiC复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将中间相沥青基碳纤维进行一级碳化，得到碳纤维I，将碳纤维I进行二级碳化得到碳纤维II，将碳纤维II编织成碳布，然后，在所述碳布上的Z向上使用PAN基碳纤维进行穿刺处理，得到三维碳纤维预制体；

对所述碳纤维预制体进行一级石墨化后，进行热解碳增密处理；后进行二级石墨化后得到多孔C/C复合材料骨架；

对所述多孔C/C复合材料骨架的表面去壳后，通过狭缝式化学气相渗透法将SiC引入多孔C/C复合材料骨架进行增密，然后进行热处理，得到所述C/C-SiC复合材料。

所述一级碳化的温度为500～700℃。

所述碳纤维I的模量为8～50GPa。

所述碳纤维I的强度为0.30～0.45GPa。

所述二级碳化的温度为1000～1800℃。

所述碳纤维II的模量为100～300GPa。

所述碳纤维II的强度为1～2GPa。

所述三维预制体I的Z方向上，PAN基碳纤维的含量为6～10vol％。

所述三维预制体I的X方向上，中间相沥青基碳纤维的含量为18～20vol％。

所述三维预制体I的Y方向上，中间相沥青基碳纤维的含量为18～20vol％。

所述一级石墨化的温度为2000～2200℃。

所述一级石墨化的气氛包括氩气。

所述一级石墨化的升温速率为5～10℃/min。

所述一级石墨化的保温时间为5～10min。

所述三维碳纤维预制体II的密度为1.30～1.40g/cm^-3。

所述碳布包括三枚，五枚或八枚缎纹布。

所述PAN基碳纤维选自T700，T800或M40J中的一种。

所述热解碳增密处理采用的碳源气体为丙烯、丙烷或天然气。

所述热解碳增密处理采用的载气包括氮气或氩气。