[发明专利]一种C/SiC-HfC碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超高温陶瓷基复合材料的制备方法，具体涉及一种C/SiC-HfC碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料的制备方法，是一种用SiC和HfC对纤维增强陶瓷基复合材料基体改性的方法。

背景技术

C/C复合材料具有低密度、高比强度、高比模量、耐烧蚀、耐冲刷等优良性能。但是C/C复合材料抗氧化性能较差，在超过370℃的氧化气氛中开始氧化。连续纤维增韧碳化硅复合材料(C/SiC)具备C/C复合材料和SiC陶瓷的综合优点，具有耐高温、低密度、高强度、抗热震等一系列优点，在航空、航天领域有广泛的应用前景。低于1700℃氧化条件下，C/SiC复合材料中的SiC基体被动氧化，在材料表面形成SiO₂保护层，可以长时间使用。再入大气层和高超气动环境下材料承受的温度高于1700℃，SiC基体发生主动氧化失去表面SiO₂保护层，造成纤维和基体的严重烧蚀，进而导致构件失效。

过渡族金属元素硼化物和碳化物具有3000℃以上的超高熔点，被称为超高温陶瓷(UHTCs)。超高温陶瓷具有极高的熔点、硬度和高温强度，被认为是极端热化学环境下的优秀候选材料。在C/SiC或C/C复合材料中引入超高温陶瓷组元是提高其抗烧蚀能力的一种有效方法。超高温陶瓷中铪的碳化物(HfC)具有极高的熔点、良好的化学稳定性和高导热率，与SiC一起使用，可进一步提高HfC的抗氧化性能，因此HfC-SiC改性C/C或C/SiC成为目前最有效的改性方法之一。

目前关于HfC-SiC的抗烧蚀研究一般主要针对HfC-SiC涂层，如文献“N.I.Baklanova,T.M.Zima,A.I.Boronin,et al.Protective ceramic multilayer coatings for carbon fibers[J].Surface and Coatings Technology,201(2006):2313-2319.”中讲述了使用CVD法在碳纤维上制备HfC和HfC/SiC涂层。文献“Y.Wang,H.Li,Q.Fu,et al.SiC/HfC/SiC ablation resistant coating for carbon/carbon composites[J].Surface and Coatings Technology,206(2012):3883-3887.”中提及使用CVD法在C/C复合材料内部先后沉积SiC和HfC，将HfC和SiC相引入了复合材料内部，提高抗氧化能力。但是，材料中HfC体积分数过少，制备时间过长，效率较低，抗长时间烧蚀的能力有限且材料的成本过高。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种C/SiC-HfC碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料的制备方法，在材料制备过程中原位生成HfC相，有效增加基体中铪化合物相的含量，提高其在超高温环境下的抗烧蚀能力。

技术方案

一种C/SiC-HfC碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、复合材料预制体制备：将开气孔率为20vol％～40vol％的复合材料预制体使用超声波清洗1小时，烘箱中100℃～120℃经过1～2小时烘干得到清洁干燥的复合材料预制体；

步骤2、浆料制备：将C有机前驱体和六次甲基四胺溶解在无水乙醇中，球磨24～48小时得到浆料；六次甲基四胺的质量为C有机前驱体质量的10％；通过无水乙醇的含量控制浆料的粘度为20～200mPa·s；调节PH值为9～11；

步骤3、真空压力浸渍：将步骤1中的复合材料预制体真空压力浸渍在浆料中，真空度为-0.05MPa～-0.10MPa，压力为0.8MPa～1.0Mpa，使得浆料中的C有机前驱体浸入C/SiC预制体内；

步骤4、固化裂解：将浸渗后的C/SiC材料在烘箱中60℃固化1小时，150℃固化1小时，然后在氩气保护下900℃～1800℃热处理2小时裂解C有机前驱体；

步骤5、反应熔体渗透RMI：在高于硅铪合金熔点50～200℃的真空条件下，将硅铪合金渗入步骤5得到的C/SiC材料中与C反应，原位生成抗烧蚀成分HfC和SiC，得到C/SiC-HfC复合材料。

所述复合材料预制体为采用致密化方法制备的三维穿刺、二维叠层或三维编织的C/SiC或者C/C复合材料预制体。

所述致密化方法为CVI或PIP致密化方法。

所述C有机前驱体是酚醛树脂，呋喃树脂或者硅烷树脂。