一种防热-隔热-承载一体化轻质碳-陶复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种防热

【技术实现步骤摘要】
一种防热
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隔热
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承载一体化轻质碳
‑
陶复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及超高温热防护材料
，具体为一种防热
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隔热
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承载一体化轻质碳
‑
陶复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]现有非烧蚀热防护材料与结构存在结构复杂、维护困难、制造周期和成本高(盖板组合式结构)，以及使用温度(长时≤1500℃)和承载能力(强度＜2MPa)低(刚性隔热瓦)等问题，难以满足新型飞行器热防护系统紧凑型结构及轻量化设计需求，研制以轻质、耐超高温、非烧蚀、高效隔热、强韧性好、长时使用为特征的新型防热
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隔热
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承载一体化材料仍然是该领域的技术瓶颈
[0003]轻质碳基复合材料(C
f
/CA)密度为0.1
‑
1.0g/cm3时，抗压强度可达0.6
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180MPa，且热导率低，是理想的超高温隔热
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承载一体化材料。但纳米碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防热
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隔热
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承载一体化轻质碳
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陶复合材料的制备方法，其特征在于：该方法是采用表层限域陶瓷化原位反应技术制备碳
‑
陶复合材料，具体包括如下步骤：(1)以轻质碳基复合材料为基底，将轻质碳基复合材料加工成所需形状，吹净表面后用酒精进行超声清洗，随后置于烘箱内在90
‑
120℃烘干24
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48h；(2)将陶瓷颗粒过筛后，球磨共混6
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12h，获得障碍层混合粉末；向混合粉末中加入粘接剂，机械搅拌后制得陶瓷粉体浆料；(3)采用涂刷或喷涂工艺将步骤(2)制备的陶瓷粉体浆料涂于经步骤(1)烘干后的轻质碳基复合材料表面，自然晾干后在100
‑
130℃条件下烘干2
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5h备用；(4)将一定量高纯硅粉均匀洒在石墨坩埚底部四周，将经步骤(3)烘干后的轻质碳基复合材料置于硅粉上方，放于高温炉内进行步骤(5)的高温处理；(5)高温处理：从室温升温至1200～1600℃，升温速率5
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20℃/min，在目标温度保温1
‑
5h；保温结束后停炉，冷却到室温取出样品，最终在轻质碳基复合材料表层原位获得SiC或改性SiC陶瓷层；(6)采用喷涂或涂刷工艺喷涂ZrB2‑
SiC
‑
X涂层，工艺过程为：将ZrB2、SiC以及X相氧化物(X相氧化物为Al2O3、SiO2等)粉末球磨混合后与硅溶胶一起配制成浆料，在常温和常压条件下喷涂或刷涂于步骤(5)中SiC或改性SiC陶瓷层表面；然后在Ar气保护下800～1500℃热处理得到ZrB2‑
SiC
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X表面层(X为Al2O3、SiO2等)，即得到最终的防热
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隔热
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承载一体化轻质碳
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陶复合材料。2.根据权利要求1所述的防热
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隔热
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承载一体化轻质碳
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陶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，可选取多种密度的轻质碳基复合材料进行陶瓷化，轻质碳基复合材料密度范围为0.1
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1.0g/cm3；所述轻质碳基复合材料为纤维增强的炭气凝胶复合材料或纤维增强的多孔碳复合材料。3.根据权利要求1所述的防热
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隔热
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承载一体化轻质碳
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陶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，障碍层混合粉末的组成根据轻质碳基复合材料基底密度和改性种类有所不同，所述障碍层混合粉末的组成包括以下10种：第一种：碳化硅、二硼化锆、三氧化二铝和氮化硼；第二种：碳化硅、二硼化锆、三氧化二铝、氮化硼和三氧化二硼；第三种：碳化硅、二硼化锆、三氧化二铝和三氧化二硼；第四种：碳化硅、二硼化锆、三氧化二铝和二氧化硅；第五种：碳化硅、二硼化锆、三氧化二铝、二氧化硅和三氧化二硼；第六种：碳化硼、碳化硅、二氧化硅、三氧化二铝和三氧化二硼；第七种：碳化硼、二氧化硅、三氧化二铝和三氧化二硼；第八种：碳化硼、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二硼和二氧化锆；第九种：碳化硼、莫来石和三氧化二硼；第十种：碳化硼、莫来石、三氧化二硼和二氧化锆。4.根据权利要求1所述的防热
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隔热
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承载一体化轻质碳
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陶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，每种障碍层混合粉末中各成分的质量分数根据轻质碳基复合材料基底密度和改性种类有所不同，第一种：碳化硅15
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20wt.％、二硼化锆20
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70wt.％、三氧化二铝5
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20wt.％、氮化硼30
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50wt.％；第二种：碳化硅5
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20wt.％、二硼化锆15
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30wt.％、三氧化二铝5
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20wt.％、氮化硼30

【专利技术属性】
技术研发人员：汤素芳，胡成龙，闫猛，李建，庞生洋，成会明，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
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