本发明专利技术涉及一种MXene增韧的超高温陶瓷复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将MAX相粉体制备成膨胀MX相粉体；利用膨胀MX相粉体与锆硅前驱体溶液制得MXene/锆硅前驱体溶液；对MXene/锆硅前驱体溶液高温固化裂解，制得MXene掺杂的ZrC/SiC粉体；对ZrC/SiC粉体进行热压烧结反应，得到MXene增韧的超高温陶瓷基复合材料。本发明专利技术还涉及由所述方法制得的超高温陶瓷基复合材料。本发明专利技术利用层间作用力减弱但层状结构保持完整的膨胀MX相粉体与锆硅前驱体溶液制得断裂韧性等性能得到显著提高的超高温陶瓷复合材料。提高的超高温陶瓷复合材料。提高的超高温陶瓷复合材料。
【技术实现步骤摘要】
一种MXene增韧的超高温陶瓷复合材料及其制备方法
[0001]本专利技术涉及超高温陶瓷复合材料的制备
，尤其涉及一种MXene增韧的超高温陶瓷复合材料及其制备方法。
技术介绍
[0002]空天飞行器，作为一类飞行在临近空间或空间的飞行器，飞行速度往往达到Ma5甚至更高，也被称为空天飞行器，其能够实现快速远程输送、精准打击和远程实时侦查等任务，对于国家维护主权具有极高的战略意义。因此，包括美国、俄罗斯、欧洲等诸多国家投入大量的人力物力开展相关研究与研制。
[0003]空天飞行器以超高速再入大气层时，大量动能转化为热能，使得其表面温度急剧上升，最高可以达到2800℃，同时对表面形成强烈冲刷。因此，在面对上述极端苛刻环境，对热防护材料提出极高的要求。超高温陶瓷是指以锆、铪等的碳化物、硼化物、氮化物等形成的多元复合材料，其熔点往往超过2500℃，兼具高强度等优点，可用于空天飞行器鼻锥、前缘等热防护结构部件。但超高温陶瓷具有陶瓷典型的脆性特征，尤其是在急剧升温环境下很容易开裂，在基体内部形成贯穿性裂纹，从而导致整体失效。因此，提高断裂韧性成为超高温陶瓷极端环境下性能改善的关键。
[0004]MAX相粉体为一类具有优异延展性的层状陶瓷材料，其中M代表过渡金属，A代表第13或14族元素，X代表碳元素或氮元素，其层状剥离可以获得MXene，可用于增韧超高温陶瓷。但常规的混合极易使其团聚，表现出分散极不均匀。为了提高超高温陶瓷韧性，需要解决现有技术条件下MXene在超高温陶瓷基体中分散较差的问题。
[0005]因此，针对以上不足，需要提供一种MXene增韧的超高温陶瓷复合材料及其制备方法。
技术实现思路
[0006](一)要解决的技术问题
[0007]本专利技术要解决的技术问题是现有技术条件下，MXene在超高温陶瓷基体中分散较差问题。
[0008](二)技术方案
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种MXene增韧的超高温陶瓷复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0010](1)将MAX相粉体制备成膨胀MX相粉体；
[0011](2)在真空条件下，将膨胀MX相粉体与锆硅前驱体溶液进行混合，形成膨胀MX相/锆硅前驱体溶液，超声处理获得MXene/锆硅前驱体溶液；
[0012](3)以MXene/锆硅前驱体溶液作为反应物，进行高温固化裂解反应，制备得到MXene掺杂的ZrC/SiC粉体；
[0013](4)对所述MXene掺杂的ZrC/SiC粉体进行热压烧结反应，得到MXene增韧的超高温
陶瓷基复合材料。
[0014]本专利技术第二方面还提供了一种MXene增韧的超高温陶瓷复合材料，所述超高温陶瓷复合材料按照本专利技术第一方面所述的制备方法制备得到；优选的是，所述MXene增韧的超高温陶瓷复合材料的致密度为80
‑
95％，断裂韧性不低于2.4MPa
·
m
1/2
。
[0015](三)有益效果
[0016]本专利技术的上述技术方案具有如下优点：
[0017](1)本专利技术采用氢氟酸作为反应溶剂，使得MAX相中A层被刻蚀，层间作用力减弱的同时，仍能保持完整的层状结构，形成膨胀MX相粉体；
[0018](2)本专利技术采用真空条件，确保锆硅前驱体溶液充分浸渍至膨胀MX相层间，制成膨胀MX相/锆硅前驱体溶液。在超声作用下，膨胀MX相完全剥离，并实现单层的MXene在锆硅前驱体溶液内的均匀分散；
[0019](3)本专利技术引入了裂解
‑
热压烧结法技术，制备高致密度的超高温陶瓷，得到MXene增韧的超高温陶瓷复合材料，显著提升了其断裂韧性。
附图说明
[0020]本专利技术附图仅仅为说明目的提供，图中比例与尺寸不一定与实际产品一致。
[0021]图1是本专利技术中的MXene增韧的超高温陶瓷复合材料的X射线衍射图(XRD图)。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]本专利技术第一方面提供了一种MXene增韧的超高温陶瓷复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0024](1)将MAX相粉体制备成膨胀MX相粉体；
[0025](2)在真空条件下，将膨胀MX相粉体与锆硅前驱体溶液进行混合，形成膨胀MX相/锆硅前驱体溶液，超声处理获得MXene/锆硅前驱体溶液；所述锆硅前驱体溶液，是以锆、硅两种元素为主的一种聚合物作为溶质，溶解在溶剂中得到的溶液。这种聚合物经过高温裂解处理，可以转化为ZrC/SiC陶瓷。上述锆硅前驱体溶液可以分散在二甲苯等溶剂中，形成具有一定流动性的高分子溶液(锆硅前驱体溶液购自中科院化学所)。
[0026]本步骤中，从MAX相出发，将MAX制备成膨胀MX相，增大层间距离，层间作用力减弱，然后通过构建真空环境，使得具有一定粘度的锆硅前驱体溶液能够顺利进入膨胀MX相的层间区域。同时，针对膨胀MX相/锆硅前驱体溶液进行超声处理，使得膨胀MX相完全剥离为MXene，确保MXene完全均匀分散于锆硅前驱体溶液。通过调节膨胀MX相与锆硅前驱体溶液的质量比例，可以调节后续MXene增韧的超高温陶瓷复合材料中MXene的比例，从而对复合材料的断裂韧性产生影响。一般来说，膨胀MX相与锆硅前驱体溶液的质量比例越低，MXene增韧的超高温陶瓷复合材料中MXene的比例越低，复合材料的断裂韧性越差。
[0027](3)以MXene/锆硅前驱体溶液作为反应物，进行高温固化裂解反应，制备得到
MXene掺杂的ZrC/SiC粉体；
[0028](4)对所述MXene掺杂的ZrC/SiC粉体进行热压烧结反应，得到MXene增韧的超高温陶瓷基复合材料。
[0029]根据一些优选的实施方式，所述膨胀MX相粉体的制备方法为将MAX相粉体与氢氟酸进行混合，由氢氟酸刻蚀MAX相的A层，以此减弱MXene层间作用力，制备得到所述膨胀MX相粉体。同时，膨胀MX相粉体仍为层状结构陶瓷，并未剥离为单层或少层MXene。
[0030]优选的是，所述MAX相粉体与氢氟酸的质量比为1∶10
‑
1∶100。
[0031]根据一些优选的实施方式，所述MAX相为一类具有优异延展性的层状陶瓷材料，包括但不限于Ti3Al2C、Ti3SiC2、Ti3ZnC2等。
[0032]根据一些优选的实施方式，所述MAX相粉体的粒径为1
‑
50μm。
[0033]本领域技术人员可以通过采用氢氟酸刻蚀等其它方法，制备得到粒径为1
‑
50μm的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种MXene增韧的超高温陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将MAX相粉体制备成膨胀MX相粉体；(2)在真空条件下，将膨胀MX相粉体与锆硅前驱体溶液进行混合，形成膨胀MX相/锆硅前驱体溶液，超声处理获得MXene/锆硅前驱体溶液；(3)以MXene/锆硅前驱体溶液作为反应物，进行高温固化裂解反应，制备得到MXene掺杂的ZrC/SiC粉体；(4)对所述MXene掺杂的ZrC/SiC粉体进行热压烧结反应，得到MXene增韧的超高温陶瓷基复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述膨胀MX相粉体的制备方法为将MAX相粉体与氢氟酸进行混合，由氢氟酸刻蚀MAX相的A层，得到所述膨胀MX相粉体；优选的是，所述MAX相粉体与氢氟酸的质量比为1:10
‑
1:100。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述MAX相为Ti3Al2C、Ti3SiC2、Ti3ZnC2中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述MAX相粉体的粒径为1
‑
50μm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述MXene/锆硅前驱体溶液的制备方法为：(I)将所述膨胀MX相粉体和磁子置于第一容器中，锆硅前驱体溶液加入至第二容器中，将所述第一容器和第二容器密封，抽取真空；(II)待所述第一容器的真空度稳定在1
‑
100Pa后，将第二容器中的锆硅前驱体溶液在真空条件下，滴加至装有膨胀MX相粉体的第一容器中，并进行磁力搅拌，转速为100
‑
1000rpm...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨良伟，朱申，刘伟，陈昊然，宋环君，于艺，于新民，刘俊鹏，孙同臣，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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