[发明专利]一种陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提出一种陶瓷基复合材料及其制备方法，所制备得到的复合材料以碳纤维预制体为骨架，且将所述碳纤维预制体浸渍于铪钽硅三元复相陶瓷前驱体溶液中并经过固化、裂解制得。其制备方法利用化学气相渗透法在碳纤维预制体上制备热解碳界面层，通过铪钽硅三元复相陶瓷前驱体浸渍裂解法进行基体致密化处理，最后采用化学气相渗透法进行封孔处理。本发明方法工艺过程简单、研制周期短，所制备的超高温陶瓷基复合材料基体各组元分布均匀，具有耐超高温、抗氧化、耐烧蚀性能，可作为高超声速飞行器及火箭推进系统的高温热结构材料，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷基复合材料及其制备方法，具体涉及一种碳/铪钽固溶体-碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(C_f/SiC复合材料)是一种高性能的热结构材料。它克服了单相陶瓷材料脆性的致命弱点，具有低密度、耐高温、高强度、抗氧化和耐烧蚀等优异特性，可作为航空航天结构材料、刹车材料，并已经在高超声速飞行器的翼舵上得到了应用。但是，长期以来的研究表明，传统C_f/SiC复合材料的长时抗氧化使用温度不超过1650℃。当高超声速飞行器的马赫数超过6时，其高温结构件如端头、前缘、发动机燃烧室、发动机尾喷管等需承受很高的温度、温度冲击、强氧化和气流冲刷环境，温度超过2000℃。为了提高C_f/SiC复合材料的高温抗氧化性能和耐烧蚀性能，在其基体中引入超高温陶瓷相，制备出含有多组元基体的超高温陶瓷基复合材料是一种有效的方法。

碳化锆是一种高熔点的碳化物，将碳化锆引入到C_f/SiC复合材料的基体中，制备出C_f/SiC-ZrC复合材料，具有良好的抗氧化性能，耐温等级得到大幅提升。例如专利申请CN201410431045.4、CN201410348051.3、CN201310178206.9等分别利用热压烧结法、前驱体浸渍裂解法、反应熔渗法制备了耐高温抗氧化的C_f/SiC-ZrC复合材料，但是ZrC在高温氧化气氛下氧化生成ZrO₂，ZrO₂与基体的结合强度低，导致复合材料的力学性能下降。因此，在2500℃以上氧化服役环境下，C_f/SiC-ZrC复合材料的综合性能较差，限制了C_f/SiC-ZrC复合材料的应用。

铪钽固溶体具有超高熔点，如Ta₄HfC₅(一种铪钽固溶体)的熔点超过4000℃，且抗氧化性好。但是，目前还未见关于铪钽固溶体改性碳/碳化硅等复合材料的报道，究其原因可能是，基于铪钽固溶体的特性，还没有合适的工艺将铪钽固溶体均匀分散于碳化硅中。因此，基于上述背景，亟需一种耐高温且同时兼具优异力学性能的陶瓷基复合材料。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种陶瓷基复合材料及其制备方法。

本发明的技术解决方案为：

一方面，本发明提供一种陶瓷基复合材料，所述复合材料以碳纤维预制体为骨架，且将所述碳纤维预制体浸渍于铪钽硅三元复相陶瓷前驱体溶液中并经过固化、裂解制得。

进一步的，所述的铪钽硅三元复相陶瓷前驱体溶液包含铪钽配位共聚物树脂、聚碳硅烷和碳源前驱体。

进一步的，所述的铪钽硅三元复相陶瓷前驱体溶液中，碳源前驱体的含量高于铪钽配位共聚物树脂含量。

进一步的，所述的铪钽配位共聚物树脂以四氯化铪、五氯化钽为原料，并加入一定量的配体经聚合反应获得。