[发明专利]一种空心SiC/C核壳微球及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种空心SiC/C核壳微球及其制备方法和应用，该核壳微球为空心结构有利于降低密度，内层为碳材料具有耐烧蚀作用，外层为SiC陶瓷具有抗氧化特性，该空心SiC核壳微球直径10～100μm，壁厚1～10μm，密度0.1～0.8g/cm3；本发明制备空心SiC/C核壳微球的方法，克服空心碳微球抗氧化性不足，采用CVI方法在空心碳微球外表面均匀沉积一层无定性的SiC陶瓷层，并根据原料选取和制备过程对制备工艺参数进行优化设计，并通过大量试验进行验证，使得SiC陶瓷层能够完整包覆空心碳微球，显著提高碳微球的高温抗氧化性。

技术领域

本发明涉及一种空心SiC/C核壳微球及其制备方法和应用，属于功能复合材料技术领域。

背景技术

防热复合材料是先进热防护系统(Thermal Protection System，TPS)设计研制的关键材料，在新型动力系统和再入式飞行器、空间探测飞行器、临近空间飞行器、重复使用运载器等飞行器中具有不可低估的作用，其性能与可靠性是相关动力系统和飞行器先进性与可靠性的决定因素之一。随着现代航天技术的发展，飞行器以高马赫数在大气层中长时间机动飞行，气动加热量显著增加，加热时间明显增长，对防热复合材料密度低、耐烧蚀、抗氧化的要求越来越迫切。

轻量化是热防护材料的发展趋势，人们对复合材料的轻质结构设计和实现投入了极大地努力。空心微球由于具有低密度、高比表面积特性，也受到了极大地关注。空心碳微球作为树脂基防热复合材料的功能组元，提高复合材料的耐烧蚀特性和降低该复合材料的密度。但是在新的长时间机动飞行环境下，该功能组元无法满足长时抗氧化的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种空心SiC/C核壳微球，在空心碳微球外表面均匀沉积一层无定性的SiC陶瓷层，能够完整包覆空心碳微球，显著提高碳微球的高温抗氧化性。

本发明的另外一个目的在于提供一种空心SiC/C核壳微球的制备方法。

本发明的又一个目的在于提供一种空心SiC/C核壳微球的应用。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种空心SiC/C核壳微球，所述核壳微球的内层为空心碳微球，外层为SiC陶瓷，且所述核壳微球的直径为10～100μm，壁厚为1～10μm，密度为0.1～0.8g/cm³。

在上述空心SiC/C核壳微球中，所述内层空心碳微球与外层SiC陶瓷的质量比为1：0.2～2。

在上述空心SiC/C核壳微球中，所述SiC陶瓷中Si元素和C元素的摩尔比为40～60:60～40。

在上述空心SiC/C核壳微球中，所述外层SiC陶瓷通过化学气相渗透方法合成并沉积在空心碳微球外表面，得到所述核壳微球。

在上述空心SiC/C核壳微球中，所述核壳微球的直径为30～60μm、壁厚为3～6μm、密度为0.3～0.5g/cm³。

一种空心SiC/C核壳微球的制备方法，包括：

将空心碳微球放置于沉积炉中，以甲基三氯硅烷MTS为Si源和C源，H₂和惰性气体为载气，按照设定的沉积参数进行化学气相渗透，得到空心SiC/C核壳微球；

所述沉积参数包括：沉积温度为1200～1500℃，H₂流量为300～600ml/min，惰性气体流量为200～400ml/min，甲基三氯硅烷MTS流量为200～300ml/min，气氛压力为0.5～50kPa，沉积时间为10～50小时。

在上述空心SiC/C核壳微球的制备方法中，所述空心碳微球的直径为10～100μm，壁厚为1～10μm，密度为0.05～0.25g/cm³。