一种C/C-Ti3AlC2复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种C/C

【技术实现步骤摘要】
一种C/C
‑
Ti3AlC2复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术实施例涉及C/C复合材料
，尤其涉及一种C/C
‑
Ti3AlC2复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]C/C复合材料是炭纤维或其织物增强的碳基体复合材料，具有密度小、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗冲击、比强度大、热膨胀系数低以及抗热震性能良好等优点，可作为高温结构材料或功能材料应用，已经在航空航天、轨道交通车辆、能源工业和生物医学等诸多领域获得了广泛应用。近年来，国内对于C/C复合材料的研究主要集中在低成本制造、特殊服役环境下材料失效行为、性能稳定性提高和微尺度性能检测数据库等方面，但随着C/C复合材料的应用逐渐趋向于精细化和多功能化发展，特别是高技术装备的发展对C/C复合材料的高温性能提出了很高的要求，因而需要改性C/C复合材料以使其能够承受更加复杂、严苛的应用环境。
[0003]目前，改性C/C复合材料主要是在C/C复合材料中引入SiC陶瓷硬质材料以制备出C/C
‑
SiC复合材料，C/C
‑
SiC复合材料相比C/C复合材料不仅具有致密化程度高、使用寿命长、耐腐蚀以及摩擦磨损性能良好等特点，而且明显提高了抗氧化性，从而可以应用于高温环境。
[0004]但是，利用SiC陶瓷硬质材料改性C/C复合材料可造成基体致密化，而随着基体致密化，基体的脆性变大，使得裂纹在其内部扩展而容易发生断裂，从而导致复合材料的力学性能降低，断裂韧性差。同时，利用SiC陶瓷硬质材料改性C/C复合材料还存在制备工艺周期较长、生产成本较高的问题，极大限制了其在民用领域的发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的目的在于提供一种C/C
‑
Ti3AlC2复合材料及其制备方法，用以解决SiC陶瓷硬质材料改性C/C复合材料的制备工艺周期较长、生产成本较高以及容易降低复合材料力学性能的技术性问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术实施例的技术方案是：
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供了一种C/C
‑
Ti3AlC2复合材料，所述C/C
‑
Ti3AlC2复合材料的热导率为6.80
‑
23.56W/(m
·
K)；弯曲强度为103.22
‑
165.3MP。
[0008]第二方面，本专利技术实施例提供了一种C/C
‑
Ti3AlC2复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]配制混合粉体，所述混合粉体是由TiC粉、Ti粉、Al粉和Si粉按摩尔比为2:1:1
‑
1.6:0.2混合成；
[0010]制备C/C多孔复合材料；
[0011]利用所述混合粉体包覆所述C/C多孔复合材料之后，在惰性气体保护下进行反应熔渗，冷却至室温，即得C/C
‑
Ti3AlC2复合材料。
[0012]结合第二方面，作为本专利技术实施例的进一步改进，所述混合粉体的配制方法包括：
[0013]将所述摩尔比的TiC粉、Ti粉、Al粉和Si粉混合均匀，得到预混粉体；
[0014]将所述预混粉体与氧化锆磨球按重量比为1:2进行配置，然后在转速为100
‑
200r/min的条件下进行球磨2
‑
8h，即得所述混合粉体。
[0015]结合第二方面，作为本专利技术实施例的进一步改进，所述C/C多孔复合材料的制备方法为化学气相渗透法或前驱体浸渍裂解法。
[0016]结合第二方面，作为本专利技术实施例的进一步改进，所述化学气相渗透法的具体工艺包括：
[0017]将碳纤维预制体置于高温烧结炉中之后，提供碳源气体并控制所述高温烧结炉内压力为0.5
‑
20kPa，在温度为800
‑
1300℃的条件下进行沉积1
‑
60h，即得所述C/C多孔复合材料，其中，所述碳源气体的提供流量为5
‑
15L/min。
[0018]结合第二方面，作为本专利技术实施例的进一步改进，所述碳源气体为天然气、甲烷、丙烷、丙烯中的一种或多种。
[0019]结合第二方面，作为本专利技术实施例的进一步改进，所述前驱体浸渍裂解法的具体工艺包括：
[0020]将碳纤维预制体置于浸渗设备中之后，依次进行抽真空至200Pa以下、保真空0.5
‑
1h、注入树脂浆料和保真空1
‑
5h，得到浸渍制品；
[0021]将所述浸渍制品放入干燥箱中之后，升温至120
‑
250℃后保温3
‑
10h进行固化，冷却至室温，得到固化制品，其中，升温速率为510℃/min；
[0022]将所述固化制品放入烧结炉中之后，依次进行抽真空至200Pa以下、升温至800
‑
1200℃、保温3
‑
10h和冷却至室温，即得所述C/C多孔复合材料，其中，升温速率为5
‑
10℃。
[0023]结合第二方面，作为本专利技术实施例的进一步改进，树脂浆料为酚醛树脂或呋喃树脂。
[0024]结合第二方面，作为本专利技术实施例的进一步改进，所述碳纤维预制体是将碳纤维进行2.5D针刺和2.5D穿刺制备；
[0025]所述碳纤维预制体的密度为1.4
‑
1.5g/cm3。
[0026]结合第二方面，作为本专利技术实施例的进一步改进，所述反应熔渗的温度为1400
‑
1800℃，时间为2
‑
6h。
[0027]与现有技术相比，本专利技术实施例的优点或有益效果至少包括：
[0028]本专利技术实施例提供的C/C
‑
Ti3AlC2复合材料，通过利用Ti3AlC2相改性C/C复合材料，不仅改善了C/C复合材料的导热性能，而且增强了C/C复合材料在高温下良好的力学性能，从而可以作为高温结构材料或功能材料应用于更加复杂、严苛的高温环境。实施例测试结果表明，本专利技术实施例提供的C/C
‑
Ti3AlC2复合材料的热导率为6.80
‑
23.56W/(m
·
K)；弯曲强度为103.22
‑
165.3MP。
[0029]本专利技术实施例提供的C/C
‑
Ti3AlC2复合材料的制备方法，通过利用TiC粉、Ti粉、Al粉和Si粉的混合粉体包覆C/C多孔复合材料之后，在惰性气体保护直接进行反应熔渗即可获得C/C
‑
Ti3AlC2复合材料，具有工艺简单、操作方便，成本低的优点。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种C/C
‑
Ti3AlC2复合材料，其特征在于，所述C/C
‑
Ti3AlC2复合材料的热导率为6.80
‑
23.56W/(m
·
K)；弯曲强度为103.22
‑
165.3MP。2.一种根据权利要求1所述的C/C
‑
Ti3AlC2复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：配制混合粉体，所述混合粉体是由TiC粉、Ti粉、Al粉和Si粉按摩尔比为2:1:1
‑
1.6:0.2混合成；制备C/C多孔复合材料；利用所述混合粉体包覆所述C/C多孔复合材料之后，在惰性气体保护下进行反应熔渗，冷却至室温即得C/C
‑
Ti3AlC2复合材料。3.根据权利要求2所述的C/C
‑
Ti3AlC2复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合粉体的配制方法包括：将所述摩尔比的TiC粉、Ti粉、Al粉和Si粉混合均匀，得到预混粉体；将所述预混粉体与氧化锆磨球按重量比为1:2进行配置，然后在转速为100
‑
200r/min的条件下进行球磨2
‑
8h，即得所述混合粉体。4.根据权利要求2所述的C/C
‑
Ti3AlC2复合材料的制备方法，其特征在于，所述C/C多孔复合材料的制备方法为化学气相渗透法或前驱体浸渍裂解法。5.根据权利要求4所述的C/C
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Ti3AlC2复合材料的制备方法，其特征在于，所述化学气相渗透法的具体工艺包括：将碳纤维预制体置于高温烧结炉中之后，提供碳源气体并控制所述高温烧结炉内压力为0.5
‑
20kPa，在温度为800
‑
1300℃的条件下进行沉积1
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国栋，赵欢，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：