一种高熵超高温陶瓷基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高熵超高温陶瓷基复合材料及其制备方法，具体涉及一种C

【技术实现步骤摘要】
一种高熵超高温陶瓷基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高熵超高温陶瓷基复合材料及其制备方法，具体涉及一种C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C高熵超高温陶瓷基复合材料及其高效的制备方法，属于超高温陶瓷基复合材料制备


技术介绍

[0002]连续纤维增强超高温陶瓷基复合材料具有轻质、耐超高温、高比强度、化学稳定性好、抗氧化烧蚀、性能可设计性强等优点，被认为是新型高速飞行器热结构等极端服役环境的首选材料。随着新型高速飞行技术的发展，对热结构材料提出了更加苛刻的要求。
[0003]超高温陶瓷中的碳化物陶瓷因具有最高的熔点、优异的力学性能和高温稳定性被广泛应用到连续纤维增强超高温陶瓷基复合材料中；而多种超高温碳化物固溶形成的高熵碳化物陶瓷表现出比单一组分碳化物更高的硬度、模量和更优的抗氧化性，更低的热导率以及潜在的优异高温抗氧化烧蚀等性能。利用高熵碳化物陶瓷对碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料进行基体改性，得到的高熵超高温陶瓷基复合材料在新型高速飞行器热结构中具有广泛的应用前景。但是，高熵碳化物固溶体的形成往往需要高于1900℃，难以将高熵碳化物高效地同连续纤维结合并且避免纤维损伤。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术的目的在于提供一种高致密、低纤维/界面损伤、力学性能和烧蚀性能优异的C
f
/(Ti
a
Zr
>b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C高熵超高温陶瓷基复合材料及其高效制备方法。
[0005]一方面，本专利技术提供了一种C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C
‑
SiC高熵超高温陶瓷基复合材料，包括：碳纤维预制体，以及依次形成在碳纤维预制体中(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C高熵超高温陶瓷基体和SiC陶瓷基体组成，其中a＝18～22％、b＝18～22％、c＝18～22％、d＝18～22％、e＝18～22％，且a+b+c+d+e＝1；所述(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C高熵超高温陶瓷基体的含量为40～60wt％。
[0006]较佳的，所述碳纤维预制体的体积分数为20～50vol％。
[0007]较佳的，所述SiC陶瓷基体的含量为30～50wt％。
[0008]较佳的，所述碳纤维预制体中碳纤维表面还包含界面层；所述界面层选自PyC层、BN层、PyC层/SiC层和BN/SiC层中的至少一种；所述界面层的厚度为0.1～1μm。
[0009]较佳的，所述C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C
‑
SiC高熵超高温陶瓷基复合材料的弯曲强度≥300MPa，断裂韧性≥8MPa
·
m
1/2
。
[0010]较佳的，在5MW/m2热流密度空气等离子烧蚀条件下，所述C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C
‑
SiC高熵超高温陶瓷基复合材料线烧蚀率≤1μm/s。
[0011]另一方面，本专利技术提供了一种C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C
‑
SiC高熵超高温陶瓷基复合材料的制备方法，采用真空浸渍方法依次向碳纤维预制体中引入(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C高熵超高温陶瓷基体和SiC陶瓷基体，得到所述C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C
‑
SiC高熵超高温陶瓷基复合
材料。
[0012]较佳的，在碳纤维预制体中引入(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C高熵超高温陶瓷基体的方法为：(1)通过真空浸渍向碳纤维预制体中引入(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C前驱体，经固化和热处理，得到C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C中间体；(2)重复步骤(1)2～4次，得到多孔C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C材料。优选地，所述固化温度为150～300℃，时间2～4小时；所述热处理温度为1500～1800℃，时间为0.5～3小时，气氛为真空或惰性气氛。
[0013]又，较佳的，所述(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C前驱体包含(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C粉体、主链含钛锆铪铌钽的聚合物、乙酰丙酮和溶剂；优选地，所述主链含钛锆铪铌钽的聚合物中Ti、Zr、Hf、Nb、Ta的原子比为(18～22％)：(18～22％)：(18～22％)：(18～22％)：(18～22％)；优选地，所述(Ti
0.2
Zr
0.2
Hf
0.2
Nb
0.2
Ta
0.2
)C粉体的粒径为亚微米级，更优选为100～500nm；优选地，所述溶剂为乙醇、丁醇中的至少一种；以主链含钛锆铪铌钽的聚合物、乙酰丙酮和醇类的质量之和为100％计，所述主链含钛锆铪铌钽的聚合物、乙酰丙酮和醇类的含量分别为25～30wt％：3～5wt％：65～70wt％；优选地，所述(Ti
a
Zr
b
Hf
c
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C
‑
SiC高熵超高温陶瓷基复合材料，其特征在于，包括：碳纤维预制体，以及依次形成在碳纤维预制体中(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C高熵超高温陶瓷基体和SiC陶瓷基体组成，其中a=18～22%、b=18～22%、c=18～22%、d=18～22%、e=18～22%，且a+b+c+d+e=1；所述(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C高熵超高温陶瓷基体的含量为40～60wt%。2.根据权利要求1所述的C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C
‑
SiC高熵超高温陶瓷基复合材料，其特征在于，所述碳纤维预制体的体积分数为20～50vol%，所述SiC陶瓷基体的含量为30～50wt%。3.根据权利要求1或2所述的C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C
‑
SiC高熵超高温陶瓷基复合材料，其特征在于，所述碳纤维预制体中碳纤维表面还包含界面层；所述界面层选自PyC层、BN层、PyC层/SiC层和BN/SiC层中的至少一种；所述界面层的厚度为0.1～1μm。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C
‑
SiC高熵超高温陶瓷基复合材料，其特征在于，所述C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C
‑
SiC高熵超高温陶瓷基复合材料的弯曲强度≥300 MPa，断裂韧性≥8 MPa
·
m
1/2
；在5MW/m2热流密度空气等离子烧蚀条件下，所述C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C
‑
SiC高熵超高温陶瓷基复合材料线烧蚀率≤1μm/s。5.一种如权利要求1
‑
4中任一项所述C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C
‑
SiC高熵超高温陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，采用真空浸渍方法依次向碳纤维预制体中引入(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C高熵超高温陶瓷基体和SiC陶瓷基体，得到所述C
f
/(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d
Ta
e
)C
‑
SiC高熵超高温陶瓷基复合材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在碳纤维预制体中引入(Ti
a
Zr
b
Hf
c
Nb
d<...

【专利技术属性】
技术研发人员：董绍明，蔡飞燕，倪德伟，高乐，何平，张翔宇，丁玉生，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：