一种低温反应熔渗制备C/C-SiC复合材料的方法技术

本发明专利技术属于陶瓷基复合材料制备技术领域，公开一种低温反应熔渗制备C/C

【技术实现步骤摘要】
一种低温反应熔渗制备C/C
‑
SiC复合材料的方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷基复合材料制备
，尤其涉及一种低温反应熔渗制备C/C
‑
SiC复合材料的方法。

技术介绍

[0002]碳纤维增强碳和碳化硅双基体材料(C/C
‑
SiC复合材料)具有低密度、高比强度、低热膨胀系数、良好的高温强度和耐磨特性以及优异的抗氧化烧蚀性能，已被广泛用于飞行器热防护系统、刹车制动系统和轻质装甲等领域。
[0003]目前，现有技术中，制备连续纤维增强C/C
‑
SiC复合材料的方法主要有化学气相渗透法(CVI)、前驱体浸渍裂解法(PIP)、反应熔渗法(RMI)，其中RMI法具有制备周期短、成本低、近净尺寸成形等优点，所以，现有技术中多采用RMI法制备C/C
‑
SiC复合材料。然而，RMI法制备温度通常高于1500℃，能耗大且对设备要求高，降低制备温度是这一材料该制备技术的重要研究方向。比如：
[0004]文献“Ceram.Int.46(2020)8469
‑
8472”和“J.Cent.SouthUniv.27(2020)2557
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2566”研究表明：向熔渗的Si中引入Al可显著降低材料制备温度至1400℃以下。但该现有技术中，当反应熔渗温度低于1400℃时，树脂碳等技术门槛较低的碳做多孔C/C的基体时出现了反应活性不足进而有效反应熔渗深度不足1mm的问题。
[0005]现有技术CN201911134012.2针对超高温陶瓷改性C/C反应熔渗效果不佳的问题，将反应性熔盐K2ZrF6和碱金属盐混杂于Zr
‑
Si熔渗法粉料中，显著提高了复合材料中ZrC陶瓷的含量、改善了材料的抗烧蚀性能。
[0006]现有技术CN202011551092.4针对Hf做主渗剂向多孔C/C反应熔渗时难渗透、陶瓷偏聚等问题，将KZrF6、K2TiF6和K2TaF7等反应性熔盐与Hf粉混合进行反应熔渗，成功制得了TaC
‑
ZrC
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HfC等复相超高温陶瓷改性的C/C复合材料。
[0007]然而，本专利技术人在上述现有
技术实现思路
的基础上，将相关含Zr、Ti、Ta的熔盐和NaCl、KF等添加到Si
‑
Al粉料在1350℃向树脂碳基多孔C/C熔渗结果显示，熔盐熔点远高于共晶AlSi的熔点570℃，1.0g/cm3的多孔C/C仅增密至不足1.3g/cm3，材料致密度不足75％，未能实现有效渗透。
[0008]为此，本专利技术针对在1400℃以下，向树脂碳基多孔C/C低温反应熔渗Si
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Al制备SiC基复合材料时无法有效渗透的问题，提供一种低温反应熔渗制备C/C
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SiC复合材料的方法。

技术实现思路

[0009]为了解决上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种低温反应熔渗制备C/C
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SiC复合材料的方法。本专利技术通过向树脂碳基体中引入酸性反应熔盐(酸性硅基反应性熔盐和酸性铝基反应性熔盐)，反应熔渗时熔盐熔化挥发破壁碳基体并富集在渗透孔隙中，使含铁盐(FeCl2/FeCl3)的Si
‑
Al熔体前缘形成局部低粘度、低表面张力区，并通过多步歧化反应生成高活性的Si和Al离子，参与反应中Al和Si的输运，与破碎粗化的碳孔壁混杂后在Fe
2+
/Fe
3+
催化石墨化的协同作用下实现反应熔渗。
[0010]本专利技术的一种低温反应熔渗制备C/C
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SiC复合材料的方法是通过以下技术方案实现的：
[0011]一种低温反应熔渗制备C/C
‑
SiC复合材料的方法，包括以下步骤：
[0012]步骤1，以碳纤维织物为增强体，在其表面制备一层碳保护层，获得低密度C/C复合材料；
[0013]步骤2，将反应性熔盐、树脂、无水乙醇混合均匀，获得含反应性熔盐的树脂料浆；
[0014]其中，所述反应性熔盐为酸性硅基反应性熔盐和酸性铝基反应性熔盐的混合物；
[0015]步骤3，采用真空气压渗技术，将所述树脂浆料引入所述低密度C/C复合材料中至将所述低密度C/C复合材料浸没，随后于氮气氛围中进行碳化处理，获得含反应性熔盐的多孔C/C复合材料；
[0016]步骤4，采用复合粉体对所述多孔C/C复合材料进行包埋处理，随后在真空环境下，于200～300℃进行第一次热处理，随后升温至1000～1400℃进行第二次热处理，冷却至室温后，获得所述低温反应熔渗C/C
‑
SiC复合材料；
[0017]其中，所述复合粉体包括Si粉、Al粉和铁盐物。
[0018]进一步地，所述低密度C/C复合材料具体制备如下：
[0019]以环氧树脂、酚醛树脂和呋喃树脂中的任意一种树脂，将其与无水乙醇制成，树脂含量为10wt.％～40wt.％的无水乙醇树脂溶液；随后，将碳纤维织物置于容器中，并对该容器抽真空至＜1kPa后，注入上述配制好的无水乙醇树脂溶液至将织物完全浸没，之后通入空气并保持0.4～1MPa的压力0.5h以上，之后经烘干并在850
‑
950℃碳化，得到增重10～50wt.％的低密度C/C，打磨去皮后清洗并烘干待用。
[0020]进一步地，所述碳保护层的质量为所述碳纤维织物的10～50wt.％；
[0021]且所述碳纤维织物选自密度为0.15～0.25g/cm3的短切碳纤维毡、密度为0.40～0.55g/cm3的2.5D针刺叠层碳纤维毡、密度为0.4～0.7g/cm3的缝编2D碳纤维布中的任意一种。
[0022]进一步地，所述酸性硅基反应性熔盐为K2SiF6；
[0023]所述酸性铝基反应性熔盐为KAlF4、K3AlF6中的一种或两种。
[0024]进一步地，所述酸性硅基反应性熔盐和酸性铝基反应性熔盐的质量比为6～9:1～4。
[0025]进一步地，所述反应性熔盐、树脂、无水乙醇的质量比为0.2～2:1～4:6～9；
[0026]且所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂和呋喃树脂中的任意一种。
[0027]进一步地，所述复合粉体中，Si粉、Al粉和铁盐的质量比为5～9:1～5:0.5～2；
[0028]且所述铁盐为FeCl2、FeCl3中的一种或两种。
[0029]进一步地，所述复合粉体还包括改性剂，所述改性剂为所述复合粉体质量的0.1％～20％；
[0030]且所述改性剂为元素X、元素X的合金、元素X的碳化物、元素X的硼化物、元素X的氧化物、以及Al2O3粉中的一种或多种；
[0031]其中，所述元素X为Mg、Cu、Fe、Ni、W、Cr、Mn、Mo、Ag、Ti、Ta、Zr、Hf和B中的一种或多种。
[0032]进一步地，所述碳化处理的温度为850～950℃，时间为1～3h。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温反应熔渗制备C/C
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SiC复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，以碳纤维织物为增强体，在其表面制备一层碳保护层，获得低密度C/C复合材料；步骤2，将反应性熔盐、树脂、无水乙醇混合均匀，获得含反应性熔盐的树脂料浆；其中，所述反应性熔盐为酸性硅基反应性熔盐和酸性铝基反应性熔盐的混合物；步骤3，采用真空气压渗技术，将所述树脂浆料引入所述低密度C/C复合材料中至将所述低密度C/C复合材料浸没，随后于氮气氛围中进行碳化处理，获得含反应性熔盐的多孔C/C复合材料；步骤4，采用复合粉体对所述多孔C/C复合材料进行包埋处理，随后在真空环境下，于200～300℃进行第一次热处理，随后升温至1000～1400℃进行第二次热处理，冷却至室温后，获得所述低温反应熔渗C/C
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SiC复合材料；其中，所述复合粉体包括Si粉、Al粉和铁盐。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳保护层的质量为所述碳纤维织物的10～50wt.％；且所述碳纤维织物选自短切碳纤维毡、2.5D针刺叠层碳纤维毡和缝编2D碳纤维布中的任意一种。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性硅基反应性熔盐为K2SiF6；所述酸性铝基反应性熔盐为KAlF4、K3AlF6中的一种或两种。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性硅基反应性熔盐和酸性铝基反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯薇，刘磊，张海军，王新雨，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：