[发明专利]具有超耐火、高韧度和耐烧蚀性基质的基于C/SiC纤维的复合材料

权利要求书

1.一种用于制备超耐火复合陶瓷材料的工艺，所述工艺包括：

(i)制备至少一种预成形体，所述至少一种预成形体包含选自以下的纤维：碳纤维、碳化硅纤维及其混合物；

(ii)用陶瓷悬浮液渗入所述至少一种预成形体，所述陶瓷悬浮液包含：

(a)陶瓷相的混合物，所述陶瓷相的混合物包含：

≥70体积％的超耐火陶瓷组分，所述超耐火陶瓷组分选自：ZrB₂、HfB₂、TaB₂、ZrC、HfC、TaC及其混合物；

≤10体积％、优选地3体积％-8体积％的烧结助剂，所述烧结助剂选自ZrSi₂、Si₃N₄及其混合物，优选地Si₃N₄；和

≤20体积％、优选地≤10体积％、更优选地≤5体积％、还更优选地2体积％-5体积％的Si化合物，所述Si化合物选自SiC、SiC的至少一种有机前体及其混合物，优选地SiC；和

(b)分散介质，所述分散介质选自水、至少一种有机溶剂及其混合物，优选地水，从而获得复合材料；

(iii)在小于或等于约1×10⁵Pa的压力干燥所述复合材料；以及

(iv)在包括在1700℃-2000℃的范围内的温度固结所干燥的复合材料。

2.根据权利要求1所述的工艺，其中所述纤维是碳纤维。

3.根据权利要求1或2所述的工艺，其中所述纤维以包括在30体积％-70体积％、优选地45体积％-55体积％的范围内的量存在于所述超耐火复合陶瓷材料中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的工艺，其中所述陶瓷相的混合物包含ZrB₂。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的工艺，其中步骤(ii)中使用的所述超耐火陶瓷组分是具有≤5μm、优选地包括在0.2μm-5.0μm的范围内的粒度的粉末。

6.根据权利要求5所述的工艺，其中所述超耐火陶瓷组分的颗粒的70体积％-90体积％具有≤5.0μm、优选地包括在0.2μm-5.0μm的范围内的尺寸，并且所述颗粒的10体积％-30体积％具有≤500nm的尺寸。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的工艺，其中所述陶瓷相的混合物包含具有≤500nm、更优选地包括在50nm-250nm的范围内的粒度的SiC。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的工艺，其中所述陶瓷悬浮液还包含≤20体积％、优选地≤10体积％、更优选地2体积％-5体积％的WC。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的工艺，其中所述陶瓷悬浮液还包含选自以下的至少一种添加剂：聚羧酸盐、铵盐、具有在从500Da-16000Da的范围内的分子量的多元醇及其混合物。

10.根据权利要求从1至9中任一项所述的工艺，其中所述陶瓷悬浮液在包括在1s^-1-10s^-1的范围内的剪切速率具有15cP-2200cP的粘度。

11.根据权利要求从1至10中任一项所述的工艺，其中所述复合材料被真空干燥。

12.根据权利要求从1至11中任一项所述的工艺，其中步骤(iv)中所述复合材料的所述固结通过在20MPa-40MPa的压力和1700℃-2000℃、优选地1850℃-2000℃、更优选地1850℃-1950℃的温度热压来进行。

13.根据权利要求从1至12中任一项所述的工艺，其中所述陶瓷悬浮液包含相对于所述悬浮液的总体积的30体积％-50体积％的陶瓷相的固体混合物。