[发明专利]一种含纳米复相超高温陶瓷内涂层的C/C-UHTCs复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含纳米复相超高温陶瓷内涂层的C/C‑UHTCs复合材料及其制备方法，本发明的制备方法先于C/C多孔体表面包裹熔渗粉料A进行第一次熔盐熔渗处理，获得含纳米复相超高温陶瓷内涂层的碳陶多孔体，然后再于碳陶多孔体表面包裹熔渗粉料B进行第二次熔盐熔渗处理；本发明通过控制熔渗粉末的原料组成，以及第一次熔渗处理的反应条件，使得最终可以获得由等轴晶组成的、单层晶粒的、致密均匀的具有纳米尺寸的超高温陶瓷内涂层，其能大幅提升C/C‑UHTCs复合材料的综合性能，本发明所提供的C/C‑UHTCs复合材料具有极其优异的抗烧蚀性能。

技术领域

本发明属于陶瓷复合材料制备技术领域，具体涉及一种含纳米复相超高温陶瓷内涂层的C/C-UHTCs复合材料及其制备方法。

背景技术

具有高升阻比和强机动性的高超声速飞行器是未来空天飞行器的发展方向之一。在这类航空航天的飞行器发展过程中，高超声速飞行器的舵翼前缘及固发火箭发动机喉衬面临两个严峻的材料挑战。两者都要求具有极端环境的抵抗力。

不同在于，前者要求在更宽温领域具有耐氧化抗烧蚀性能，而后者则强调在高燃冲压条件下具有抵抗机械冲刷和热冲击能力。C/C-UHTCs复合材料具有优异的抗烧蚀性能、良好的中低温抗氧化性能以及优异的高温力学性能，能够一定程度满足高超声速飞行器的材料性能要求。但这种材料也具有局限性，例如，PyC-UHTCs界面属于高反应性、低防护的烧蚀薄弱区，易优先被侵蚀破坏。

在气动热高流速环境下引发高剪切应力和高蒸发率将快速消耗SiC，造成表面玻璃层和SiO₂相的消失，剩余疏松氧化物往往难以起到热防护功能。而在燃烧室环境下，由于纤维损伤造成的纤维和基体的机械断裂将主导复合材料的烧蚀。因此，为提高环境抵抗力，必须针对不同功能的设计需求，实现复合材料材料中界面、超高温陶瓷结构和成分的可控制备。

但传统的C/C-UHTCs制备方法如化学气相渗透法（CVI）、浸渍-裂解法（PIP）、反应熔渗法(RMI)等方法均具有局限性，往往难以实现材料的结构和成分可设计性。CVI法是在纤维或纳米复合材料实现PyC-超高温陶瓷界面的设计的优秀方法之一，但对于大型、异性尺寸构件却存在输粉难、制备难以及设备损伤大的问题；PIP虽然能够在C/C多孔体中引入细颗粒超高温陶瓷，但其需要多次浸渍，制备繁琐、成本高昂。

RMI虽然能低成本快速制备C/C-UHTCs复合材料，但该方法在基体中残留的低熔硅化物难以去除以及基体内自发形成的陶瓷结构难以微观调控。

因此，我们迫切需求一种能够低成本、快速制备高性能、界面及陶瓷相均可设计并可控制的C/C-UHTCs的制备方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种含纳米复相超高温陶瓷内涂层的C/C-UHTCs复合材料的制备方法。

本发明的第二个目的在于提供所述制备方法所制备的含纳米复相超高温陶瓷内涂层的C/C-UHTCs复合材料。本发明所提供的C/C-UHTCs复合材料，在热解碳-超高温陶瓷界面处含有含纳米复相超高温陶瓷内涂层，这一陶瓷内涂层均匀地分布在基体中，一方面可提高基体中的陶瓷含量，避免陶瓷相分布不均匀，另一方面还能保护碳纤维防止被后续高温熔体损伤。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，

本发明一种含纳米复相超高温陶瓷内涂层的C/C-UHTCs复合材料的制备方法，于C/C多孔体表面包裹熔渗粉料A进行第一次熔盐熔渗处理，获得含纳米复相超高温陶瓷内涂层的碳陶多孔体，然后再于碳陶多孔体表面包裹熔渗粉料B进行第二次熔盐熔渗处理；