[发明专利]碳纤维增强碳-碳化硅双基体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双基体材料的制备方法，特别是一种碳纤维增强碳-碳化硅双基体材料的制备方法。

背景技术

C/C复合材料由于具有优异的耐高温、抗热震和抗烧蚀性能，被广泛用于火箭发动机喉衬、飞行器鼻锥等高温结构部件。为了进一步提高C/C复合材料耐烧蚀及抗粒子侵蚀性能，世界各国科研工作者进行了大量的试验研究，表明将难熔碳化物如SiC、TaC、HfC、ZrC加入到碳基体时，C/C复合材料抗烧蚀性能得到明显改善。在这些碳化物中，SiC具有价格低廉，热膨胀系数与碳材料相近以及优异的抗氧化、抗烧蚀性能，将该材料加入C/C复合材料制备的C/C-SiC复合材料可有望进一步改善材料的抗烧蚀性能。

C/C-SiC复合材料是一种以碳纤维为增强体，以碳、碳化硅为基体的复合材料。C/C-SiC复合材料制备的关键是SiC相的加入，文献“C/C-SiC复合材料的制备方法及研究现状.张智，郝志彪，闫联生.炭素，2008，(2)：29-35”公开了一种C/C-SiC复合材料的制备方法，其添加SiC的主要技术手段：化学气相浸渗法(CVI)，熔融渗硅法(RMI)和前驱体浸渍裂解法(PIP)等。其中采用熔融渗硅技术增密速度快，但高温下反应不容易控制，易形成大块未反应的硅；CVI技术得到的组织较均匀但碳化硅基体致密化周期长，成本高；而PIP技术制备的原料昂贵、增密速度慢、转化效率低也限制其应用。三种方法都是在高温下通过化学反应引入SiC，导致其制造成本增加。

发明内容

为了克服现有的C/C-SiC复合材料的制备方法要在高温下通过化学反应引入SiC而导致制备成本高的不足，本发明提供一种碳纤维增强碳-碳化硅双基体材料的制备方法。该方法在常温下采用超声波震荡技术在纤维预制体中引入SiC颗粒，可以降低制备成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种碳纤维增强碳-碳化硅双基体材料的制备方法，其特点是包括下述步骤：

(a)以二维针刺碳毡作为预制体，密度为0.45g/cm³；

(b)取粒径为1～40μm的SiC粉末放入水中，加入聚丙烯酸钠使其充分混合配置成质量分数为4～10％的料浆，将料浆置于超声槽中，采用超声波振荡20～40min使料浆分散均匀；

(c)将前述预制体放入料浆中，超声波震荡6～12小时，取出置于80～120℃烘箱中干燥；

(d)将含有SiC粉末的预制体置于热梯度CVI中，以流量为3.5～5.0m³/h的天然气为碳源气体，沉积温度为980～1020℃，沉积时间为240～280小时；

(e)沉积完成后在1600～2100℃高温下进行石墨化处理，即得到碳纤维增强碳-碳化硅双基体复合材料。

本发明的有益结果是：由于在常温下采用超声波震荡技术在纤维预制体中引入SiC颗粒，在保证其它指标不降低的情况下，降低了制备成本。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的碳纤维增强碳-碳化硅双基体复合材料的背散射电子照片。

图2是本发明实施例1制备的碳纤维增强碳-碳化硅双基体复合材料的XRD图谱。

图3本发明实施例1制备的碳纤维增强碳-碳化硅双基体复合材料与C/C复合材料经氧-乙炔烧蚀30s后烧蚀中心的表观形貌，其中图3(a)、(c)是C/C复合材料；图3(b)、(d)是碳纤维增强碳-碳化硅双基体复合材料。

具体实施方式

实施例1，步骤一、以二维针刺碳毡作为预制体，密度为0.45g/cm³；

步骤二、取粒径为1μm的SiC粉末放入水中，加入聚丙烯酸钠使其充分混合配置成质量分数为4％的料浆，将料浆置于超声槽中，采用超声波振荡20min使料浆分散均匀；

步骤三、将前述预制体放入料浆中，超声波震荡6小时，取出置于80℃烘箱中干燥；

步骤四、将含有SiC粉末的预制体置于热梯度CVI中，以流量为3.5m³/h的天然气为碳源气体，沉积温度为980℃，沉积时间为280小时；

步骤五、沉积完成后在1600℃高温下进行石墨化处理，即得到碳纤维增强碳-碳化硅双基体复合材料。

实施例2，步骤一、以二维针刺碳毡作为预制体，密度为0.45g/cm³；