一种超高温陶瓷改性制造技术

本发明专利技术公开了一种超高温陶瓷改性

【技术实现步骤摘要】
一种超高温陶瓷改性C/C复合材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及超高温材料
，具体涉及一种超高温陶瓷改性
C/C
复合材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]碳
/
碳
(C/C)
复合材料，是一种以碳纤维及其织物作为增强体，热解碳作为基体的单一元素复合材料，是乱层石墨结构的多相材料，具有低密度
(
密度一般低于
2g/cm3)、
低热膨胀系数
(
约为1‑2×
10
‑6/K)、
高比强
、
良好的高温力学性能及抗高温热循环性能，其独特高温性能是其他结构材料无法比拟的，因此也成为高超声速飞行器热端构件理想的结构材料
。
然而，
C/C
复合材料强烈的氧化敏感性极大地限制了该材料在高温有氧环境下的应用
。
因此，提高
C/C
复合材料抗氧化能力是拓展其高温有氧环境下使用稳定性的关键问题
。
[0003]超高温陶瓷
(UHTCs)
是一种具有
3000℃
以上熔点的过渡族金属化合物，主要包括过渡族金属硼化物
、
碳化物
、
氮化物等，如
HfB2、ZrB2、TaB2、TiB2、ZrC、HfC、TiC、TaC、ZrN、HfN、TiN、TaN
等
。UHTCs
既具备类似金属的特性，如导电导热性能优异，同时强的共价键使它们自身具有高的熔点
、
高的刚度及硬度，并且在高温下具有优异的抗氧化抗烧蚀能力
。
因此，将
UHTCs
引入
C/C
复合材料将有助于攻克
C/C
复合材料的高温氧化敏感性问题
。
[0004]目前，制备
UHTCs
改性
C/C
复合材料的传统制备方法主要包括聚合物浸渍裂解法
(PIP)、
反应熔渗法
(RMI)、
化学气相渗透法
(CVI)
和传统的固相法
。
然而，
PIP
工艺制备周期长且难以制备出致密度高的材料；
RMI
工艺过高的反应温度易造成碳纤维的严重损伤，且难以得到高含量
UHTCs
的复合材料；
CVI
工艺生产周期长
、
对设备要求高
、
生产成本高
、
工艺控制难
。
传统的固相法通过将陶瓷料浆以真空浸渍的方式引入到碳纤维预制体中，通过高温处理或者热压烧结工艺得到
UHTCs
改性
C/C
复合材料，该工艺具有操作便捷的优点，但是该工艺目前存在陶瓷相分布不均匀
、
易在表面堆积陶瓷颗粒等缺点，影响该材料的实际使用
。
现有技术中采用
RMI
工艺成功制备了
ZrC
‑
SiC
改性
C/C
复合材料
。
但是在制备过程中，由于反应温度较高，对碳纤维造成了一定的损伤，使得复合材料呈现出脆性断裂
。
采用
PIP
工艺在
C/C
复合材料中引入
ZrC
和
SiC
，在经过多次固化裂解后，发现制备的改性复合材料内部仍存在一定数量的闭孔，未完全实现致密化
。
采用
CLVD
工艺成功制备了
C/C
‑
ZrC
复合材料，但是该复合材料的制备周期超过两周，且对设备要求较高，制备工艺复杂
。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
中存在的不足，主要针对现有技术中通过
UHTCs
改性
C/C
复合材料过程中，由于反应温度较高，对碳纤维造成了一定的损伤，使得复合材料呈现出脆性断裂
。
本专利技术提供一种超高温陶瓷改性
C/C
复合材料及其制备方法和应用
。
该方法不仅实现了复合材料制备周期的缩短，同时实现了对陶瓷成分及其含量的可控性，具有良好的可设计性，这可以为后续针对不同使用环境以及应用需求的复合材料的结构设计提供更多的思路
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种超高温陶瓷改性
C/C
复合材料，包括以下步骤：
[0007]获取树脂料浆
、
游离硅料浆以及陶瓷颗粒料浆；
[0008]依次将树脂料浆
、
游离硅料浆以及陶瓷颗粒料浆涂覆至碳布表面后，得到多层涂层涂覆的碳布；其中，每涂覆一层进行干燥；
[0009]采用粘结剂将多层涂层涂覆的碳布叠成复合材料坯体，将坯体真空处理后，于
80
～
100℃
干燥1～
2h
，得到固化处理后的复合材料坯体；
[0010]将固化处理后的复合材料坯体放入模具后，于真空下，以
10
～
15℃/min
的速率升温至
1700
～
1900℃
，保温
30
～
60min
，同时，从室温到
1200℃
升温过程中，对固化处理后的复合材料坯体逐渐施加压力，直至试样压强为
30
～
40MPa
，保持压力，待热压模具冷却到室温后，即得超高温陶瓷改性
C/C
复合材料
。
[0011]优选的，每涂覆一层进行干燥的温度为
60
～
80℃
，时长为
10
～
15min
，其中，涂覆陶瓷颗粒料浆后，其干燥时长为4～
6h。
[0012]优选的，所述树脂料浆是将一定含量的酚醛树脂颗粒加入无水乙醇溶液中，经搅拌制得；所述游离硅料浆是将酚醛树脂颗粒与
Si
粉按照一定摩尔比加入无水乙醇溶液中，经搅拌制得；所述陶瓷颗粒料浆是将按照一定摩尔比配比的陶瓷粉料
、
助烧剂与酚醛树脂颗粒加入无水乙醇溶液中，经搅拌制得
。
[0013]优选的，涂覆至碳布表面包括一种或多种陶瓷颗粒料浆，其中，每种陶瓷颗粒料浆中的包括陶瓷粉料为
HfB2、ZrB2、HfSi2、SiC、Si
中的一种或多种
。
[0014]优选的，将树脂料浆涂覆至碳布表面后，干燥后在碳布表面形成
25
～
50
μ
m
厚度的树脂层；再将游离硅料浆涂覆至树脂层上，干燥后形成厚度为<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超高温陶瓷改性
C/C
复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：获取树脂料浆
、
游离硅料浆以及陶瓷颗粒料浆；依次将树脂料浆
、
游离硅料浆以及陶瓷颗粒料浆涂覆至碳布表面后，得到多层涂层涂覆的碳布；其中，每涂覆一层进行干燥；采用粘结剂将多层涂层涂覆的碳布叠成复合材料坯体，将坯体真空处理后，于
80
～
100℃
干燥1～
2h
，得到固化处理后的复合材料坯体；将固化处理后的复合材料坯体放入模具后，于真空下，以
10
～
15℃/min
的速率升温至
1700
～
1900℃
，保温
30
～
60min
，同时，从室温到
1200℃
升温过程中，对固化处理后的复合材料坯体逐渐施加压力，直至试样压强为
30
～
40MPa
，保持压力，待热压模具冷却到室温后，即得超高温陶瓷改性
C/C
复合材料
。2.
根据权利要求1所述的超高温陶瓷改性
C/C
复合材料的制备方法，其特征在于，每涂覆一层进行干燥的温度为
60
～
80℃
，时长为
10
～
15min
，其中，涂覆陶瓷颗粒料浆后，其干燥时长为4～
6h。3.
根据权利要求1所述的超高温陶瓷改性
C/C
复合材料的制备方法，其特征在于，所述树脂料浆是将一定含量的酚醛树脂颗粒加入无水乙醇溶液中，经搅拌制得；所述游离硅料浆是将酚醛树脂颗粒与
Si
粉按照一定摩尔比加入无水乙醇溶液中，经搅拌制得；所述陶瓷颗粒料浆是将按照一定摩尔比配比的陶瓷粉料
、
助烧剂与酚醛树脂颗粒加入无水乙醇溶液中，经搅拌制得
。4.
根据权利要求3所述的超高温陶瓷改性<...

【专利技术属性】
技术研发人员：付前刚，丁伍庆，张佳平，李贺军，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：