[发明专利]一种梯度自适应碳纤维/石英纤维复合增强金属磷酸盐基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种梯度自适应碳纤维/石英纤维复合增强金属磷酸盐基复合材料，其特征在于：由多段式金属磷酸盐基体及其内部的纤维增强相构成；

所述多段式金属磷酸盐基体两端分别为耐烧蚀段和隔热段，中间段为过渡段；所述多段式金属磷酸盐基体内部包含纳米级超高温陶瓷填料和空心微球，所述纳米级超高温陶瓷填料在多段式金属磷酸盐基体中的浓度沿耐烧蚀段外端至隔热段外端方向梯度递减，且所述空心微球在多段式金属磷酸盐基体中的浓度沿耐烧蚀段外端至隔热段外端方向梯度递增；

所述纳米级超高温陶瓷填料在多段式金属磷酸盐基体中的浓度沿耐烧蚀段外端至隔热段外端方向的梯度变化范围为50wt％～0wt％；

所述空心微球在多段式金属磷酸盐基体中的浓度沿耐烧蚀段外端向隔热段外端方向梯度变化范围为0wt％～50wt％；

所述纤维增强相由碳纤维和石英纤维按照质量比3～7：7～3组成。

2.根据权利要求1所述的一种梯度自适应碳纤维/石英纤维复合增强金属磷酸盐基复合材料，其特征在于：

所述耐烧蚀段中金属磷酸盐基体包括磷酸锆、磷酸氢锆、磷酸钡中至少一种；

所述过渡段中金属磷酸盐基体包括磷酸镁、磷酸氢镁、磷酸钙中至少一种；

所述隔热段中金属磷酸盐基体包括磷酸铝、磷酸二氢铝、磷酸钛中至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的一种梯度自适应碳纤维/石英纤维复合增强金属磷酸盐基复合材料，其特征在于：

所述纳米级超高温陶瓷填料为碳化锆、碳化铪、碳化钽、硼化锆、硼化铪、硼化碳、硼化镧、氧化锆、氧化铪、氧化镧中至少一种；

所述空心微球为氧化硅空心微球、氧化锆空心微球、氧化铝空心微球、锆酸镧空心微球中至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种梯度自适应碳纤维/石英纤维复合增强金属磷酸盐基复合材料，其特征在于：所述纤维增强相由碳纤维无纺布、碳纤维胎网、石英纤维无纺布、石英纤维胎网中至少两种叠加形成多层结构并针刺复合得到。

5.根据权利要求1所述的一种梯度自适应碳纤维/石英纤维复合增强金属磷酸盐基复合材料，其特征在于：所述纤维增强相由碳纤维无纬布与石英网胎交替叠加形成多层结构并针刺复合得到，或者由石英纤维无纬布、碳纤维无纬布、石英纤维网胎依次交替叠加形成多层结构并针刺复合得到，或者由石英纤维无纬布、碳纤维无纬布、石英纤维网胎、碳纤维网胎依次交替叠加形成多层结构并针刺复合得到。

6.权利要求1～5中任何一项所述的一种梯度自适应碳纤维/石英纤维复合增强金属磷酸盐基复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)以金属磷酸盐溶液、纳米级超高温陶瓷填料、空心微球和固化剂作为原料，通过选择不同类型金属磷酸盐溶液以及调节纳米级耐高温陶瓷填料和空心微球比例，得到一系列不同浸渍液；

2)将纤维预制体置于模具中，从纤维预制体一端至另一端按照纳米级超高温陶瓷填料的浓度梯度或空心微球的浓度梯度分别加入不同浸渍液，待浸渍液完全覆盖纤维预制体时，进行加压浸渍和静置固化，即得。

7.根据权利要求6所述的一种梯度自适应碳纤维/石英纤维复合增强金属磷酸盐基复合材料的制备方法，其特征在于：

所述纤维预制体进行气相沉积碳预处理；

所述气相沉积碳预处理的条件为：在含有机气体碳源和氮气氛围下，在850～950℃下，保温2～3h。

8.根据权利要求6所述的一种梯度自适应碳纤维/石英纤维复合增强金属磷酸盐基复合材料的制备方法，其特征在于：

所述固化剂均为MgO，所述MgO添加量为浸渍液的1～3wt％；

所述加压浸渍的条件为：压力为1～3MPa，加压时间为0.5～1.5h。