[发明专利]一种碳基体结合硅硼碳氮基体的复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种碳基体结合硅硼碳氮基体的复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域，包括：将碳纤维预制体沉积碳化硅后进行热解碳沉积，再重复进行聚硅硼氮烷加压浸渍、固化和热解的操作，得到碳基体结合硅硼碳氮基体的复合材料。本发明首先在预制体碳纤维表面包覆碳化硅涂层，再沉积热解碳提高预制体的致密度，再掺杂聚硅硼氮烷，提高复合材料硅含量，在高温有氧环境下，能够与氧反应生成粘度很大的熔融态二氧化硅层，提高复合材料的抗烧蚀性能和力学性能。实施例的结果显示，本发明制备的复合材料的抗弯强度为352MPa，在3000K高温下的线烧蚀率为0.0031mm/s，质量烧蚀率为0.0452mg/(mm²·s)。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种碳基体结合硅硼碳氮基体的复合材料及其制备方法。

背景技术

作为具有代表性的热防护材料，C/C复合材料自20世纪60年代试验成功之后，凭借其优异的比强度和比弹性模量，已经被广泛应用于军事工业和民用工业的各个领域。在无氧环境中，C/C复合材料能够抵御高达4000℃以上的温度，但在有氧环境下，温度高于500℃时碳会迅速氧化，温度越高，氧化越明显，抗氧化效果越差，因而不能直接作为热防护材料。

现有技术中，为了提高C/C复合材料在有氧环境下的抗烧蚀性能通常加入耐高温性能的金属复合物进行复合，如公开号为CN105732123A的发明专利中加入MoSi₂以提高复合材料的抗烧蚀性能，但是此种方法对复合材料的抗烧蚀性能的改善较为有限，复合材料的线烧蚀率依然达到0.067mm/s。

因此，如何进一步提高C/C复合材料的抗烧蚀性能依然属于现有技术的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳基体结合硅硼碳氮基体的复合材料及其制备方法。本发明制备的复合材料具有优异的抗烧蚀性能且具有较好的力学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳基体结合硅硼碳氮基体的复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳纤维预制体进行化学气相渗透沉积碳化硅，得到含有碳化硅涂层的预制体；

(2)将所述步骤(1)得到的含有碳化硅涂层的预制体进行热解碳沉积，得到含有碳基体的半致密化预制体；

(3)将所述步骤(2)得到的含有碳基体的半致密化预制体重复依次进行聚硅硼氮烷加压浸渍、固化和热解的操作，得到碳基体结合硅硼碳氮基体的复合材料。

优选地，所述步骤(1)中化学气相渗透沉积碳化硅的沉积温度为1000～1200℃。

优选地，所述步骤(1)中化学气相渗透沉积碳化硅的沉积时间为1～3h。

优选地，所述步骤(1)中化学气相渗透沉积碳化硅的气体包括三氯甲基硅烷、氢气和氩气。

优选地，所述步骤(2)中热解碳沉积的气体包括甲烷和氢气。

优选地，所述步骤(2)中热解碳沉积的温度为1000～1200℃；热解碳沉积的时间为20～80h。

优选地，所述步骤(3)中加压浸渍的压力为1～3MPa，加压浸渍的时间为2～5h。

优选地，所述步骤(3)中固化的温度为150～200℃，固化的时间为1～4h。

优选地，所述步骤(3)中热解的温度为900～1200℃，热解的时间为1～3h。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的碳基体结合硅硼碳氮基体的复合材料。