[发明专利]一种C/SiC-HfC陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种C/SiC‑HfC陶瓷基复合材料及其制备方法。所述方法为：制备碳纤维预制体，通过化学气相沉积法在碳纤维预制体内部沉积热解碳，得到多孔C/C基体；以硅铪合金粉为反应物通过反应熔渗法将多孔C/C基体制成陶瓷基复合材料；通过浸渍裂解法将硅铪前驱体溶液与陶瓷基复合材料反应，制得C/SiC‑HfC陶瓷基复合材料；硅铪前驱体溶液的制备为：用二甲苯将聚碳硅烷和铪酸酯混匀，加入乙酰丙酮和烯丙基酚醛树脂在5～45℃反应30～240min，得到硅铪前驱体溶液。本发明通过将反应熔渗技术与浸渍裂解技术相结合且保证了形成的碳化硅和碳化铪组分分布的均匀性，有效降低了制备周期和明显提升了力学性能。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料制备技术领域，尤其涉及一种高致密度的C/SiC-HfC陶瓷基复合材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷基复合材料作为一类新型复合材料，具有轻质耐高温抗氧化等优势，是热结构材料的首选材料，越来越受到大家的关注。陶瓷基复合材料的制备技术主要包括浸渍裂解技术、反应熔渗技术等。通过浸渍裂解技术，可以制备得到复杂异型的样件，同时在小孔隙时浸渍效果较好，但重复轮次达到数十次，制备周期长成本高。反应熔渗技术是将具有多孔结构的碳/碳与合金混合，在高温下反应，具有短周期、低成本等优势。基于此，在航空航天热结构材料领域使用反应熔渗技术多见报道。但也需要清楚认识到，反应熔渗技术制备得到的陶瓷基复合材料致密度仍然不够高，其孔隙率为8-15％，而这些孔隙对复合材料的力学性能产生较为明显的影响。

为了进一步弥补反应熔渗法在制备陶瓷基复合材料的劣势，确保其在极端环境下的力学性能，亟需提升陶瓷基复合材料的致密度。在反应熔渗之后，引入浸渍裂解技术，可以进一步填充陶瓷基复合材料，降低材料的孔隙率，提高力学性能等。但对于碳纤维增韧碳化硅-碳化铪陶瓷基复合材料而言，即使将反应熔渗法和浸渍裂解技术相结合，也存在陶瓷基复合材料中碳化硅和碳化铪基体组分分布均匀性较差的问题，最终对力学性能的提升不显著。

此外，对于碳纤维增韧碳化硅-碳化铪陶瓷基复合材料，通常会在碳纤维的表面制备热解碳界面层，可以增韧陶瓷基复合材料，提升耐用性。但热解碳界面层普通为纳米级尺寸的微晶，在释放应力方面较差，仍然容易造成较为明显的裂纹，此时会导致环境空气快速渗透，高温情况下迅速氧化碳纤维和陶瓷基体；因此，如何进一步提升碳纤维增韧碳化硅-碳化铪陶瓷基复合材料的韧性，是碳纤维增韧的碳化硅-碳化铪陶瓷基复合材料在高温有氧环境下具备优异性能的又一关键性问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种高致密度的C/SiC-HfC陶瓷基复合材料及其制备方法。

本发明在第一方面提供了一种C/SiC-HfC陶瓷基复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)制备碳纤维预制体，通过化学气相沉积法在碳纤维预制体的碳纤维上沉积热解碳界面层，得到多孔C/C基体；

(2)以硅铪合金粉为反应物，通过反应熔渗法将所述多孔C/C基体制成陶瓷基复合材料；

(3)通过浸渍裂解法将硅铪前驱体溶液与步骤(2)得到的陶瓷基复合材料反应，制得C/SiC-HfC陶瓷基复合材料；所述硅铪前驱体溶液的制备为：用二甲苯将聚碳硅烷和铪酸酯混合均匀，然后加入乙酰丙酮和烯丙基酚醛树脂并混合均匀，得到混合液，然后将所述混合液在5～45℃反应30～240min，得到所述硅铪前驱体溶液。

优选地，所述聚碳硅烷与所述铪酸酯的用量的摩尔比为(1～5)：(1～5)；所述铪酸酯与所述乙酰丙酮的用量的摩尔比为1：(0.1～0.7)；和/或所述铪酸酯与所述烯丙基酚醛树脂的用量的摩尔比为1：(1～5)。

优选地，所述硅铪前驱体溶液的固含量为15～50wt％；和/或所述硅铪前驱体溶液的粘度为30～75mPa·s。