[发明专利]一种碳纤维增韧碳化硅-碳化锆复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种碳纤维增韧碳化硅‑碳化锆复合材料的制备方法。所述制备方法包括：(1)提供碳纤维预制体；(2)在碳纤维预制体内部形成有孔隙的多孔碳/碳复合材料；(3)采用反应熔渗法将所述多孔碳/碳复合材料制成碳/碳化硅‑碳化锆陶瓷基复合材料；(4)采用浸渍裂解法制备所述碳纤维增韧碳化硅‑碳化锆陶瓷基复合材料。该制备方法通过将反应熔渗法与浸渍裂解法相结合，既可以保证高效低成本，又可以兼顾低孔隙率，从而有效降低制备周期和提升陶瓷基复合材料的力学性能，解决了以往通过反应熔渗法制备碳/碳化硅‑碳化锆复合材料中由于孔隙率较高导致性能较差的问题。

技术领域

本发明涉及陶瓷基复合材料的制备技术领域，尤其涉及一种碳纤维增韧碳化硅-碳化锆复合材料的制备方法。

背景技术

空天飞行器在高速进入大气层时，表面温度急剧升高，需要经历高速气流冲刷和氧化气氛烧蚀，现有防热材料在高温稳定性、能量耗散效率和有效服役时间等方面都面临着差距。近年来，为了满足空天飞行器在极端环境下安全服役的需求，提升其抗氧化耐烧蚀性能，热防护材料越来越受到大家的关注。碳/碳化硅-碳化锆复合材料，具有低密度、抗氧化、耐烧蚀和高力学性能，是一种新型的超高温陶瓷复合材料。

碳/碳化硅-碳化锆复合材料的主要制备工艺有浸渍裂解法、反应熔渗法等。其中，单纯通过浸渍裂解法制备碳/碳化硅-碳化锆复合材料，可以制备获得复杂形状的构件，但原材料比较昂贵，且为达到相应密度，往往需要重复数十轮次，从而导致周期较长，成交较高。相较于浸渍裂解法，反应熔渗法是以多孔碳/碳复合材料和硅锆合金作为原材料，在高温、无压或真空条件下制备得到碳/碳化硅-碳化锆复合材料，具有简单、高效、低成本以及近净尺寸成型等优势。目前，美国和德国等发达国家积极推进反应熔渗法在航空航天热结构材料领域的应用研究。但该方法制备得到的复合材料，孔隙率普遍在5-10％，基体内部的孔隙容易成为氧气的扩散通道，在高温条件下，很容易出现氧化烧蚀现象，从而影响性能。

为了充分发挥反应熔渗法在制备碳/碳化硅-碳化锆复合材料的优势，确保其在极端环境下的抗氧化耐烧蚀性能，亟需解决现有反应熔渗工艺存在的碳/碳化硅-碳化锆复合材料孔隙较多的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是现有反应熔渗工艺存在的碳/碳化硅-碳化锆复合材料孔隙较多的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种碳纤维增韧碳化硅-碳化锆复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)提供碳纤维预制体；

(2)将所述碳纤维预制体形成为内部具有孔隙的多孔碳/碳复合材料；

(3)以硅锆合金为反应物，采用反应熔渗法将所述多孔碳/碳复合材料制成碳/碳化硅-碳化锆陶瓷基复合材料；

(4)以硅锆前驱体溶液作为反应物，采用浸渍裂解法使所述硅锆前驱体与所述碳/碳化硅-碳化锆复合材料反应，制得所述碳纤维增韧碳化硅-碳化锆陶瓷基复合材料。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

(1)本发明采用多孔碳/碳复合材料与硅锆合金粉进行反应熔渗，可以实现陶瓷基复合材料的高效低成本制备；

(2)本发明在反应熔渗之后，引入了硅锆前驱体浸渍固化裂解技术，进一步填充陶瓷基复合材料，得到的碳纤维增韧碳化硅-碳化锆陶瓷基复合材料的孔隙率低，提升了其力学性能和抗烧蚀性能。

附图说明

本发明附图仅仅为说明目的提供，图中比例与尺寸不一定与实际产品一致。