[发明专利]一种多孔C/C为内衬的轻质防氧化材料结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷基复合材料的制备方法，特别是涉及一种多孔C/C为内衬的轻质防氧化材料结构的制备方法。 

背景技术

碳/碳(以下简称C/C)复合材料因其具有低密度及优异的高温力学性能，特别是高温下力学性能不降反升的特性，使其成为先进飞行器的热结构件的首选材料。然而，C/C复合材料高温下极易氧化，氧化会使其孔隙增大、结构弱化、导致强度和其他机械性能的迅速降低，并且氧化失重1％，其强度下降达10％。因此，C/C复合材料的防氧化问题是实现其实际应用的瓶颈。为此通过综合碳纤维优异的力学性能与陶瓷基体良好的热、化学稳定性，制备出一种将热防护、结构承载和抗氧化相结合的新型功能一体化复合材料。 

申请号为201110237500.3的中国专利公开了一种炭/炭复合材料SiC/ZrB₂-SiC/SiC涂层及其制备方法。包括内涂层、外涂层和中间涂层，内涂层的厚度为20～50μm，外涂层的厚度为30～80μm，中间涂层的厚度为50～80μm。通过包埋发法制备SiC内涂层，降低中间层ZrB₂-SiC与C/C复合材料的热应力。通过超音速等离子喷涂制备ZrB₂-SiC中间层，ZrB₂-SiC为C/C复合材料提供良好的高温烧蚀、中低温抗氧化及隔热性能。通过沉积法制备SiC外涂层，有效愈合涂层表面缺陷，阻止氧气的渗入，为C/C复合材料提供良好的高温氧化保护。同时在中低温氧化过程中，ZrB₂的氧化产物B₂0₃可有效愈合涂层中的缺陷，为涂层试样提供良好的中温氧化保护。 

申请号为200910022719.4的中国专利公开了一种碳/碳复合材料防氧化涂层的制备方法，将经过处理的C/C复合材料包埋于粉料中，放入石墨坩埚内，在1800～2200℃进行1～3小时处理，利用超音速等离子喷涂设备将MoSi₂粉料喷涂到具有SiC过渡层的C/C复合材料表面，将制备有SiC/MoSi₂涂层的C/C复合材料放入高温炉内，在1200～1400℃进行热处理2～6小时。该方法制备得到的C/C复合材料在1650℃以上静态空气中防氧化时间由现有技术的200小时提高到300～400小时。 

上述两种制备方法制备C/C复合材料抗氧化层，容易损伤到C/C复合材料的碳纤维骨架，导致材料的强度降低，结构弱化。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种多孔C/C为内衬的轻质防氧化材料结构的制备方法。其特征在于所述的多孔C/C为内衬的轻质防氧化材料结构为空心圆 管状，多孔C/C复合材料为内衬，C/SiC复合材料外壳完全覆盖在其表面，多孔C/C复合材料中基体C与C/SiC复合材料中C纤维有一层热解C界面或ZrO₂、BN界面，C/SiC复合材料正面有一层SiC涂层。以石墨作为内衬，在其表面缠绕或编织C纤维形成预制件，并在预制件上沉积热解C形成多孔C/C预制体，去除石墨芯，在预制体表面缠绕碳布或C预浸布，沉积一薄层热解C界面，CVI法制备SiC基体，最后CVD制备SiC涂层。其特征在于包括以下顺序的制备步骤： 

(1)以石墨作为内衬，在其表面缠绕或编织C纤维形成预制件； 

(2)以甲烷或天然气作为碳的气源，氢气或氩气作为稀释气体和载气，将上述C纤维预制件放入沉积炉中沉积热解C基体，升温速率为8～10℃/min，沉积温度为950～1500℃，沉积时间为100～300h； 

(3)除去石墨芯，得到多孔C/C预制体，并对多孔体进行超声波振荡清洗2～4次，然后在80～120℃烘箱中烘2～4h，直到质量不再变化； 

(4)在预制体表面缠绕碳布或C预浸布，沉积一薄层热解C界面； 

(5)采用CVI法制备SiC基体，以三氯甲基硅烷作为SiC的气源，以氢气或氩气作为稀释气体和载气，进行碳气相渗透碳化硅，CVI温度为1000～1300℃，时间为100～300h； 

(6)最后CVD制备SiC涂层，以三氯甲基硅烷作为SiC的气源，以氢气或氩气作为稀释气体和载气，进行碳化硅沉积，沉积温度为1000～1300℃，沉积时间为30～45h。 

本发明具有的优点：①采用化学气相渗透过程中对纤维骨架没有损坏，保证了复合材料的完整性与强度；②CVD得到的SiC涂层对内衬C/C复合材料去氧化保护作用；③得到的复合材料组织均匀，质量轻质化。 

具体实施方式