[发明专利]C/C-ZrC复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种C/C-ZrC复合材料，其特征在于，所述C/C-ZrC复合材料以碳纤维预制件为增强体，以沥青碳和ZrC为基体，所述沥青碳通过沥青经催化交联、裂解和石墨化制备得到，所述碳化锆通过聚乙酰丙酮锆催化交联、裂解转化得到。

2.一种C/C-ZrC复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、先驱体制备：在熔融态的沥青成液态，加入聚乙酰丙酮锆，加热搅拌得到先驱体；

S2、熔融浸渍：将碳纤维预制件在所述S1步骤的所述先驱体中熔融浸渍；

S3、催化交联：将S2步骤中浸渍有先驱体的碳纤维预制件在温度为300℃～400℃，压力为5MPa～15MPa的环境下催化交联；

S4、加压半焦化：继续加热至400℃～650℃，压力升至10MPa～20MPa进行加压半焦化；

S5、裂解：将经过所述S4步骤后的碳纤维预制件进行裂解，获得C/C-ZrO₂坯体；

S6、致密化：周期性重复所述S2～S5步骤，直至碳纤维预制件的增重率低于1%；

S7、石墨化：将经过所述S6步骤后的碳纤维预制件进行高温石墨化得到C/C-ZrC复合材料预制体；

S8、再致密化：周期性重复S6～S7步骤，直至所述C/C-ZrC复合材料预制体的开孔率小于5%，得到C/C-ZrC复合材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述S1步骤具体为：在熔融态的沥青中加入聚乙酰丙酮锆，加热至190℃～230℃搅拌0.5 h～1 h后得到先驱体，所述催化剂为ZrCl₄；所述沥青为软化点小于150℃的沥青。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，其特征在于，所述S2步骤中，所述熔融浸渍在真空条件下进行，所述熔融浸渍的温度为190℃～250℃；所述浸渍的时间为1 h～4 h。

5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述催化交联的时间为2 h～6 h。

6.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中：所述加压半焦化的温度为400℃～600℃；所述加压半焦化的时间为2h～8h。

7.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述S5中步骤，所述裂解的温度为800℃～1200℃；所述裂解的时间为0.5 h～2 h。

8.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中：所述高温石墨化的温度为2300℃～2600℃；所述高温反应的时间为0.5 h～2 h。

9.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S6重复熔融浸渍-催化交联-加压半焦化-裂解过程2～5个周期；所述步骤S8重复致密化-高温石墨化过程2～4个周期。

10.根据权利要求1所述的C/C-ZrC复合材料或权利要求2至9中任一项所述制备方法制备得到的C/C-ZrC复合材料在制备高超声速飞行器的端头和前缘防护材料中的应用。