一种高熵陶瓷涂层与基体协同改性碳/碳复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高熵陶瓷涂层与基体协同改性碳/碳复合材料及其制备方法，属于防氧化碳/碳(C/C)复合材料制备技术领域。本发明专利技术公开的(Ti

【技术实现步骤摘要】
一种高熵陶瓷涂层与基体协同改性碳/碳复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于防氧化碳/碳(C/C)复合材料制备
，具体涉及一种高熵陶瓷涂层与基体协同改性碳/碳复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，解决C/C复合材料氧化烧蚀问题的途径主要有两种：一是以材料本身抑制氧化反应为前提的内部基体改性技术[付前刚,李贺军,沈学涛,李克智,国内C/C复合材料基体改性研究进展,中国材料进展,30(2011)6
‑
12]，即在C/C复合材料内部添加抗氧化组分，使其本身就具有较强的抗氧化能力；二是以防止含氧气体接触扩散为前提的外部抗氧化涂层技术，即在C/C复合材料表面制备耐高温氧化的涂层[Jin XC,Fan X.L,Lu CS,et al.Advances in oxidation and ablation resistance of high and ultra
‑
high temperature ceramics modified or coated carbon/carbon composites.J.Eur.Ceram.Soc 2018,38:1
‑
28]，利用高温涂层隔离氧和C/C复合材料基体来达到防氧化的目的。
[0003]近年来，在基体改性方面，国内外学者开发的反应熔渗[Chen BW,Ni DW,Wang JX,et al.Ablation behavior of Cf/ZrC
–
SiC
‑
based composites fabricated by an improved reactive melt infiltration.J Eur Ceram Soc 2019,39:4617
–
4624.]、浸渍裂解[Duan LY,Luo L,Liu LP,et al.Ablation of C/SiC
–
HfC composite prepared by precursor infiltration and pyrolysis in plasma wind tunnel.J Adv Ceram 2020,9:393
–
402.]等方法成功将多种抗氧化陶瓷引入C/C复合材料中，但C/C复合材料内部孔隙结构复杂，陶瓷组分难以均匀分散，C/C复合材料基体不能完全与氧气隔离，从而使碳纤维和碳基体被氧化。在防氧化涂层方面，目前发展的耐高温涂层主要依赖陶瓷体系，但由于陶瓷涂层脆性特征及其与C/C复合材料的热膨胀系数不匹配易导致热力氧耦合苛刻环境下热应力开裂、剥落，从而使C/C复合材料迅速被氧化。因此，提高C/C复合材料氧化烧蚀防护的可靠性是保证C/C复合材料应用于超高温、强燃气冲刷等极端苛刻环境下的关键。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种高熵陶瓷涂层与基体协同改性碳/碳复合材料及其制备方法，以解决现有的C/C复合材料氧化烧蚀可靠性差，无法服役于极端苛刻环境的技术难题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术公开了一种高熵陶瓷涂层与基体协同改性碳/碳复合材料，该碳/碳复合材料中所述高熵陶瓷涂层的化学组成为：(Ti
0.25
Zr
0.25
Hf
0.25
Ta
0.25
)C
‑
SiC
‑
Si。复合材料中基体指(Ti0.25Zr0.25Hf0.25Ta0.25)C
‑
SiC。
[0007]本专利技术还公开了上述的高熵陶瓷涂层与基体协同改性碳/碳复合材料的制备方
法，包括：
[0008]将树脂和高熵陶瓷纳米粉体同步引入低密度多孔碳/碳复合材料中，经高温碳化处理，得到(Ti
0.25
Zr
0.25
Hf
0.25
Ta
0.25
)C改性C/C
‑
复合材料，然后在该(Ti0.25Zr0.25Hf0.25Ta0.25)C改性C/C
‑
复合材料表面涂覆(Ti0.25Zr0.25Hf0.25Ta0.25)C
‑
SiC涂层，再基于气相渗硅工艺，制得(Ti
0.25
Zr
0.25
Hf
0.25
Ta
0.25
)C
‑
SiC
‑
Si涂层与基体协同改性碳/碳复合材料。
[0009]进一步地，上述的高熵陶瓷涂层与基体协同改性碳/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]1)将酚醛树脂与无水乙醇混合，制得酚醛树脂溶液A；
[0011]2)向酚醛树脂溶液A中加入(Ti
0.25
Zr
0.25
Hf
0.25
Ta
0.25
)C粉体，充分混合均匀，制得料浆B；
[0012]向酚醛树脂溶液A中加入(Ti
0.25
Zr
0.25
Hf
0.25
Ta
0.25
)C粉体和SiC粉体，充分混合均匀，得到料浆C；
[0013]3)将低密度C/C复合材料浸入料浆B中，真空浸渍处理，取出烘干，重复浸入、真空浸渍及烘干操作若干次后，将产物在120～220℃下固化处理0.5～2h后，再经过900～1200℃碳化处理3～5h，制得C/C
‑
(Ti
0.25
Zr
0.25
Hf
0.25
Ta
0.25
)C，称为中间体D；
[0014]4)将中间体D浸涂于料浆C中，取出后烘干，重复浸涂、烘干操作若干次，得到(Ti
0.25
Zr
0.25
Hf
0.25
Ta
0.25
)C
‑
SiC/C/C
‑
(Ti
0.25
Zr
0.25
Hf
0.25
Ta
0.25
)C，称为试样E；
[0015]5)将试样E依次经固化、碳化处理，得到预涂层试样F；
[0016]6)将预涂层试样F与硅粉，在惰性气体保护下，于1750～2100℃下进行气相渗硅处理，制得(Ti
0.25
Zr
0.25
Hf
0.25
Ta
0.25
)C
‑
SiC
‑
Si涂层与基体协同改性C/C复合材料。
[0017]优选地，酚醛树脂与无水乙醇的质量比为(30～50)：(50～70)。
[0018]优选地，料浆B中，(Ti
0.25<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵陶瓷涂层与基体协同改性碳/碳复合材料，其特征在于，该碳/碳复合材料中所述高熵陶瓷涂层的化学组成为：(Ti
0.25
Zr
0.25
Hf
0.25
Ta
0.25
)C
‑
SiC
‑
Si。2.权利要求1所述的高熵陶瓷涂层与基体协同改性碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将树脂和高熵陶瓷纳米粉体同步引入低密度多孔碳/碳复合材料中，经高温碳化处理，得到(Ti
0.25
Zr
0.25
Hf
0.25
Ta
0.25
)C改性C/C
‑
复合材料，然后在该(Ti0.25Zr0.25Hf0.25Ta0.25)C改性C/C
‑
复合材料表面涂覆(Ti0.25Zr0.25Hf0.25Ta0.25)C
‑
SiC涂层，再基于气相渗硅工艺，制得(Ti
0.25
Zr
0.25
Hf
0.25
Ta
0.25
)C
‑
SiC
‑
Si涂层与基体协同改性碳/碳复合材料。3.根据权利要求2所述的高熵陶瓷涂层与基体协同改性碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将酚醛树脂与无水乙醇混合，制得酚醛树脂溶液A；2)向酚醛树脂溶液A中加入(Ti
0.25
Zr
0.25
Hf
0.25
Ta
0.25
)C粉体，充分混合均匀，制得料浆B；向酚醛树脂溶液A中加入(Ti
0.25
Zr
0.25
Hf
0.25
Ta
0.25
)C粉体和SiC粉体，充分混合均匀，得到料浆C；3)将低密度C/C复合材料浸入料浆B中，真空浸渍处理，取出烘干，重复浸入、真空浸渍及烘干操作若干次后，将产物在120～220℃下固化处理0.5～2h后，再经过900～1200℃碳化处理3～5h，制得C/C
‑
(Ti
0.25
Zr
0.25
Hf
0.25
Ta
0.25
)C，称为中间体D；4)将中间体D浸涂于料浆C中，取出后烘干，重复浸涂、烘干操作若干次，得到(Ti
0.25
Zr
0...

【专利技术属性】
技术研发人员：周磊，付前刚，李伟，闫宁宁，李棚辉，李贺军，
申请(专利权)人：无锡博智复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：