[发明专利]一种ZrC-Cu-C/C复合材料

说明书

为了改善C/C复合材料的硬度、耐磨性，设计了一种ZrC‑Cu‑C/C复合材料。采用C/C复合坯体，Zr粉和Cu粉为原料，所制得的ZrC‑Cu‑C/C复合材料，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。其中，复合材料烧蚀前相组成主要为C、ZrC和Cu相，有微量Zr残余，烧蚀后复合材料中部分ZrC氧化生成ZrO2，部分Cu氧化生成CuO和Cu2O，烧蚀表面主要由炭基体、ZrO2、CuO、Cu2O及残余ZrC和Cu组成。随熔渗剂中Zr的质量分数的增加，复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率均呈现先减小后增大的趋势。本发明能够为制备高性能的C/C复合材料提供一种新的生产工艺。

所属技术领域

本发明涉及一种复合材料，尤其涉及一种ZrC-Cu-C/C复合材料。

背景技术

C/C复合材料是指以炭纤维或其织物为增强相，以化学气相渗透的热解炭或液相浸渍－炭化的树脂炭、沥青炭为基体组成的一种纯炭多相结构。炭/炭（C/C）复合材料是一种新型高性能结构、功能复合材料，具有高强度、高模量、高断裂韧性、高导热、隔热优异和低密度等优异特性，在机械、电子、化工、冶金和核能等领域中得到广泛应用，并且在航天、航空和国防领域中的关键部件上大量应用。

碳化锆是一种硬度大的高熔点材料和极好的高温耐火材料。用做火箭发动机中固体推进剂的一种原料。用于生产合金钢。也是生产金属锆和四氯化锆原料，以及有前途的精细陶瓷材料。

发明内容

本发明的目的是为了改善C/C复合材料的硬度、耐磨性，设计了一种ZrC-Cu-C/C复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

ZrC-Cu-C/C复合材料的制备原料包括：C/C复合坯体，纯度为99%，粒度为48μm的Zr粉和Cu粉。

ZrC-Cu-C/C复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入行星球磨机中进行湿磨，球磨时间为32h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，压制压力为180MPa，放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1200℃，保温时间为60min。当炉内温度达到烧结温度后充入氩气进行低压处理以减少Ni的损失和降低孔隙率，低压压力为1MPa，保压90min。

ZrC-Cu-C/C复合材料的检测步骤为：材料烧蚀前后厚度变化采用外径千分尺测量，质量损失采用FA210型分析天秤测量，物相变化采用Dmax250型全自动转靶X射线衍射仪分析，微观形貌采用Quan250型场发射环境扫描电子显微镜观察。

所述的ZrC-Cu-C/C复合材料，反应熔渗制备的ZrC-Cu-C/C复合材料烧蚀前相组成主要为C、ZrC和Cu相，有微量Zr残余，烧蚀20s后，复合材料中部分ZrC氧化生成ZrO2，部分Cu氧化生成CuO和Cu2O，烧蚀表面主要由炭基体、ZrO2、CuO、Cu2O及残余ZrC和Cu组成。

所述的ZrC-Cu-C/C复合材料，ZrC和Cu的加入有利于提高C/C复合材料的抗烧蚀性能，随熔渗剂中Zr的质量分数从55%增加到80%，ZrC-Cu-C/C复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率均呈现先减小后增大的趋势，以60%Zr-Cu为熔渗剂制备的复合材料的抗烧蚀性能最好，其烧蚀19s的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.002、0.001。

所述的ZrC-Cu-C/C复合材料，氧-乙炔焰烧蚀条件下，ZrC-Cu-C/C复合材料的烧蚀机制为热物理烧蚀、热化学烧蚀和机械剥蚀的综合作用。

本发明的有益效果是：