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【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于陶瓷材料,尤其涉及一种zrc-sic复相陶瓷超支化前驱体、zrc-sic陶瓷基复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、超高温陶瓷基复合材料具有突出的耐超高温性能,同时又具有在应力作用下表现为非脆性断裂失效方式等优点,被认为是制备航天领域飞行器热结构件最具前途的一种候选材料。超高温陶瓷基复合材料以连续纤维为增强体,以超高温陶瓷(如zrb2、hfb2、zrc、hfc和tac等)及其复合陶瓷为基体。碳化锆(zrc)作为航天领域中热门的超高温陶瓷,具有超高的熔点(3420℃)和硬度(25.5gpa)、相对较低的密度(6.56g/cm3)、优异的热传导性能和较低的热膨胀率等优点。然而,纯碳化锆陶瓷在高温环境中抗氧化性较差,相关研究表明:zrc晶格极其容易吸收氧气分子,材料表面的氧化区域分为含碳量低的疏松多孔的外部氧化层和含碳量高的极少空隙的内部氧化层,然而这两种氧化层均无法阻止氧气分子的扩散,导致纯碳化锆的抗氧化性较差。将sic引入zrc陶瓷形成的zrc-sic复相陶瓷可以有效地解决这一问题,提高材料的抗氧化性能。sic不仅可以在高温时生成液态玻璃相提高zrc的抗氧化和抗烧蚀性能,还能有效阻止zrc晶粒生长以提高材料的强度和韧性。
2、在pip工艺中,c/zrc-sic超高温复相陶瓷基复合材料多为由zrc前驱体与sic前驱体按照一定比例共混形成的浸渍相裂解制备或者由zrc前驱体与sic前驱体交替浸渍裂解制备,然而这种分子级别的共混在固化过程中均会出现一定程度的分相,从而导致所制备的zrc-sic复相陶瓷的zrc分散
3、此外,现有技术中通常采用的碳纤维预制体也导致c/zrc-sic陶瓷基复合材料存在热导率较低、力学性能较差等问题。
4、综上,非常有必要提供一种zrc-sic复相陶瓷超支化前驱体、zrc-sic陶瓷基复合材料及其制备方法。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题,本专利技术提供了一种zrc-sic复相陶瓷超支化前驱体、zrc-sic陶瓷基复合材料及其制备方法。
2、本专利技术在第一方面提供了一种zrc-sic复相陶瓷超支化前驱体的制备方法,所述方法包括如下步骤:
3、(1)将镁和(氯甲基)甲基-二氯硅烷在四氢呋喃中进行反应,得到含有第一反应单体的溶液;所述镁与所述(氯甲基)甲基-二氯硅烷的摩尔比为(1~4):1;
4、(2)往含有第一反应单体的溶液中加入第二反应单体和氢化铝锂进行反应,制得zrc-sic复相陶瓷超支化前驱体;所述第二反应单体为二氯二茂锆;所述二氯二茂锆与(氯甲基)甲基-二氯硅烷的摩尔比为(1~5):(1~5)。
5、优选地,步骤(1)为:在无氧条件下,将镁和四氢呋喃混合均匀,得到第一混合液,然后将(氯甲基)甲基-二氯硅烷和四氢呋喃混合均匀,得到第二混合液,往所述第一混合液中加入第二混合液进行反应,得到含有第一反应单体的溶液;优选的是,在第一混合液中,镁和四氢呋喃的质量比为1:(1~10);优选的是,在第二混合液中,(氯甲基)甲基-二氯硅烷和四氢呋喃的质量比为1:(1~5)。
6、优选地,在步骤(1)中:所述反应的温度为40~70℃,和/或所述反应的时间为8~15h。
7、优选地,在步骤(2)中:所述氢化铝锂与所述含有第一反应单体的溶液的质量比为1:(20~60);和/或所述反应的温度为-25~25℃,和/或所述反应的时间为16~24h。
8、优选地,所述zrc-sic复相陶瓷超支化前驱体的陶瓷产率为62~74%;和/或所述zrc-sic复相陶瓷超支化前驱体裂解后的陶瓷产物中的zrc与sic的摩尔比为(1~5):(1~5)。
9、本专利技术在第二方面提供了由本专利技术在第一方面所述的制备方法制得的zrc-sic复相陶瓷超支化前驱体。
10、本专利技术在第三方面提供了一种zrc-sic陶瓷基复合材料的制备方法,所述方法包括如下步骤:
11、(a)采用中间相沥青基碳纤维与聚丙烯腈基碳纤维混合编织成碳纤维预制体,所述碳纤维预制体为三向正交结构;
12、(b)将碳纤维预制体置于包含氩气、氢气和甲烷气体的气氛中通过化学气相沉积法在所述碳纤维预制体的纤维表面沉积碳纳米片界面层,然后经石墨烯化处理,得到改性坯体;其中,氩气、氢气和甲烷气体的体积流速比为(36~40):(1~2):(4~5),沉积温度为900~1000℃;
13、(c)将本专利技术在第一方面所述的制备方法制得的zrc-sic复相陶瓷超支化前驱体配成浸渍液并通过浸渍/固化/裂解的pip工艺对所述改性坯体进行处理,制得zrc-sic陶瓷基复合材料。
14、优选地,采用的中间相沥青基碳纤维,在石墨化处理后的热导率>850w/(m·k)、抗拉强度>2.4gpa、抗拉模量>950gpa;和/或所述碳纤维预制体的密度为0.8~1g/cm3。
15、优选地,所述碳纳米片界面层的厚度为200~1000nm;和/或所述石墨化处理的温度为2700~3100℃,所述石墨化处理的时间为15~45min;和/或在步骤(c)中,进行3~7轮次的浸渍/固化/裂解的pip工艺,所述浸渍为真空浸渍和压力浸渍,每次真空浸渍的时间为1~2h,每次压力浸渍的时间为1~2h,所述固化的温度为200~400℃,每次固化的时间为2~4h,所述裂解为热等静压裂解,热等静压裂解的温度为1000~1600℃,热等静压裂解的压力为60~90mpa,每次裂解的时间为2~4h。
16、本专利技术在第四方面提供了由本专利技术在第三方面所述的制备方法制得的zrc-sic陶瓷基复合材料。
17、本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果:
18、(1)现有zrc-sic复相陶瓷前驱体存在明显缺陷,如线形链前驱体陶瓷产率低,这也导致陶瓷基体微结构不够致密,且制备周期本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种ZrC-SiC复相陶瓷超支化前驱体的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)为:
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤(1)中:
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤(2)中:
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:
6.由权利要求1至5中任一项所述的制备方法制得的ZrC-SiC复相陶瓷超支化前驱体。
7.一种ZrC-SiC陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于:
9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于:
10.由权利要求7至9中任一项所述的制备方法制得的ZrC-SiC陶瓷基复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种zrc-sic复相陶瓷超支化前驱体的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)为:
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤(1)中:
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤(2)中:
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:
6....
【专利技术属性】
技术研发人员:郝乃蓉,孙娅楠,杨良伟,杨小健,刘俊鹏,刘伟,
申请(专利权)人:航天特种材料及工艺技术研究所,
类型:发明
国别省市:
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