[发明专利]一种C/HfC-ZrC-SiC复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种C/HfC‑ZrC‑SiC复合材料的制备方法，本发明采用高孔隙率的低密度复合材料，使用真空压力浸渍方法，在低密度复合材料中引入碳先驱体的同时引入一定量的硅铪合金和硅锆合金，在后续反应熔渗中，内外同时硅铪合金和硅锆合金进行反应熔渗，有效地提高了复合材料内部的HfC和ZrC含量。

技术领域

本发明涉及一种C/HfC-ZrC-SiC复合材料的制备方法，属于超高温陶瓷基复合材料技术领域。

背景技术

C/SiC复合材料具有耐高温、抗热震、高强度、高比模等优良的热学性能和力学性能且兼具优异的抗氧化性能，作为高温结构材料，广泛应用于航天航空领域。在低于1650℃氧化条件下，C/SiC复合材料中SiC基体被动氧化在材料表面形成SiO₂保护层，可长时间使用。但随着新型超高马赫数飞行器的发展，极端环境对高温热结构材料提出了更为苛刻的要求，高温热结构材料不仅要求耐受超过3000K的高温，还要承受高速气流的冲刷和氧化气氛的腐蚀。传统的C/SiC复合材料在如此苛刻的工作环境下，SiC基体会发生主动氧化，造成纤维和基体的严重烧蚀。

HfB₂、ZrB₂、HfC、ZrC、TiC等难熔金属硼化物、碳化物具有优异的耐高温性能和抗氧化性能，在超高温下(2500K)近乎零烧蚀(烧蚀率＜0.001mm/s)，但这类材料本身热膨胀系数大，抗热震性能较差，难以满足实际需求。因此，寻求一种能在2000K～2500K温度范围内长时间使用的耐高温结构复合材料，以满足新型超高马赫数飞行器的使用要求，同时必须兼顾其耐高温性能和抗热震性能。对C/SiC复合材料进行基体改性可制备具有优良超高温抗氧化性能的陶瓷基复合材料。碳化锆(ZrC)作为超高温陶瓷的典型代表，在高温结构材料领域具有光明的应用前景，但ZrC本身脆性大且起始氧化温度低，直接作为结构材料易 发生灾难性破坏。Xie、Li等人制备出C/ZrC-SiC复合材料，通过ZrC与SiC复配使用，在氧化气氛中形成SiO₂-ZrO₂复相抗氧化层，提高了材料的高温抗氧化性。采用HfC改性C/SiC复合材料的难度较大，目前主要通过化学气相渗透CVI和反应熔渗RMI两种手段。文献“N.I.Baklanova,T.M.Zima,A.I.Boronin,et al.Protective ceramic multilayercoatings for carbon fibers[J].Surface and Coatings Technology,201(2006):2313-2319.”叙述了通过CVD工艺在碳纤维上制备HfC和HfC/SiC涂层。专利CN 103979974 A报道了采用RMI制备C/SiC-HfB₂-HfC复合材料的方法。通过上述方法制备的复合材料内部HfC、HfB₂的含量都不高，复合材料的抗氧化耐烧蚀温度不是很高，难以满足未来高性能航天飞行器的发展需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种能有效提高复合材料中超高温耐烧蚀组元HfC和ZrC的含量的耐超高温、抗烧蚀性能优异、抗热震、强度高、制备周期短的C/HfC-ZrC-SiC复合材料的制备方法。

本发明的技术解决方案：一种C/HfC-ZrC-SiC复合材料的制备方法，通过以下步骤实现：

第一步，制备高气孔率的C/C复合材料，

将碳纤维预制体进行致密化，制得低密度C/C复合材料，材料的气孔率为30～50vol％。