[发明专利]PyC-SiC-HfC三界面相改性C/C-SiBCN双基体抗烧蚀复合材料制备方法

说明书

本发明公开一种PyC‑SiC‑HfC三界面相改性C/C‑SiBCN双基体抗烧蚀复合材料的制备方法，包括PyC‑SiC‑HfC界面相制备和C‑SiBCN基体制备，具体包括：(1)利用CVD工艺在碳纤维预制体的纤维表面制备PyC+SiC界面相得到带有一定厚度界面相的预制体；(2)将步骤(1)制得的预制体在HfC聚合物‑二甲苯溶液中多次浸渍，制得PyC‑SiC‑HfC三界面相改性碳纤维预制体材料；(3)通过CVI工艺制备C基体；(4)通过PIP工艺制备SiBCN改性基体；(5)固化裂解；(6)重复步骤(4)和(5)，最终得到C/PyC‑SiC‑HfC/C‑SiBCN复合材料。本发明采用一种PyC‑SiC‑HfC的三界面相互补耐高温体系，利用PyC良好的片层结构、HfC良好的抗烧蚀性能和SiC良好的热膨胀系数匹配能力来作为C/C‑SiBCN复合材料的界面相，以此来提高整个复合材料的抗烧蚀性能。

技术领域

本发明公开一种PyC-SiC-HfC三界面相改性C/C-SiBCN双基体抗烧蚀复合材料的制备方法。

背景技术

超高音速飞行器是航空航天的主要发展方向，由于飞行器在大气中要进行长时间高速移动，产生的高马赫气动加热和高温气流加热对飞行器的结构用材料提出了很高的要求，要求防护材料不仅要具有轻质高强的良好性能，同时也需要优异的抗烧蚀性能。

C纤维增强C基体复合材料就是常说的C/C复合材料，是以碳纤维或碳纤维织物如碳布、碳毡等作为增强体，C为基体，通过化学气相渗透(CVI)工艺加工得到的一种具有低密度、高比强度、高模量、高导热、高比热容以及较为优良的抗热震性和耐磨损性等众多优点复合材料。由于碳材料氧化温度较低，常用的用于提高C/C复合材料抗烧蚀性能的方法主要是改善碳纤维预制体及热解碳织构技术，基体改性技术以及外部抗烧蚀涂层计数，对于多界面相改性结合基体相改性的方法还鲜有研究。

根据抗烧蚀复合材料的防护机理划分出两种复合材料防护体系：涂层材料体系和纤维/基体改性体系。就涂层材料体系而言，涂层材料本身要具有较高的熔点，较高的力学性能，较好的黏附性，适合的膨胀系数等特点，根据上述特点目前常用的涂层材料按照其中的主要成分可以分为以下几类，分别为：硅系陶瓷涂层，硼系陶瓷涂层，金属氧化物涂层，金属碳化物涂层等。

C/C复合材料的纤维/基体改性体系，可以进一步划分为基体相改性和界面相改性两种：基体改性是通过在基体中引入如SiC、HfC、ZrC、ZrB₂、MoSi₂或者其他金属离子中的一种或多种，可以分为单相、二相、多相和金属元素改性C/C复合材料，C/C复合材料的基体改性体系相较于界面相的优点是：减少了对界面相和基体材料强结合力的要求，虽然仍要求掺杂材料和基体材料具有相似的热膨胀系数，但是因为掺杂物较为分散的缘故，降低了对于膨胀系数的苛刻要求。

界面相改性工艺是基于纤维保护的出发点而提出的一种抗烧蚀材料改性工艺，通常复合材料的抗烧蚀性能是受到基体、纤维及两者之间的界面共同影响的。界面处往往拥有更大的比表面积和更高的界面能，所以界面往往会成为C/C复合材料中的薄弱相，当纤维被烧蚀成针尖状之后，整个烧蚀面往往会形成整体后退形式。一般来说石墨化碳层结构比较适用于作为C/C复合材料的界面相，它在碳纤维和碳基体之间提供了一种较弱的化学键，是促进增韧所必需的。为了实现对于碳纤维的保护，往往会在纤维界面制备出一定厚度的BN或者SiC界面，利用这两种界面的氧化产物来对纤维进行保护，从而进一步增强复合材料的抗烧蚀性能。

发明内容

本发明的目的是一种PyC-SiC-HfC三界面相改性C/C-SiBCN双基体抗烧蚀复合材料的制备方法，已解决现有技术存在的问题。

本发明可通过以下技术方案予以解决：