[发明专利]一种具有自润滑和抗氧化功能的碳陶复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种C/C-TiC-Ti₃SiC₂碳陶复合材料，其特征在于，包括碳纤维、碳纤维保护涂层、碳基体、TiC基体和Ti₃SiC₂基体；所述碳纤维保护涂层包覆在碳纤维表面，碳基体、TiC基体和Ti₃SiC₂基体层状分布于复合材料内部，所述TiC基体位于碳基体和Ti₃SiC₂基体之间；

各组分按照体积百分比计算分布如下：碳纤维15-50％，碳基体10-50％，TiC基体10-40％，Ti₃SiC₂基体1-40％。

2.权利要求1所述C/C-TiC-Ti₃SiC₂碳陶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)碳纤维预制体的制备和预处理；

(2)碳纤维预制体碳纤维表面制备碳纤维保护涂层；

(3)将带有保护涂层的碳纤维预制体增密制得多孔C/C预制体；

(4)将多孔C/C预制体高温热处理；

(5)将Ti-Si合金或Ti、Si的混合粉末与多孔C/C预制体一同高温热处理，即得。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中碳纤维预制体的制备是对碳纤维或碳纤维布采用针刺、碳布叠层穿刺、三维编织或多维整体编织的方式制备得到纤维体积分数为10％-50％的碳纤维预制体；步骤(1)的预处理是将碳纤维预制体在真空度为5.0×10^-2Pa-3Pa温度为1200-1800℃的条件下热处理1-4h。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述碳纤维保护涂层为热解碳涂层、SiC涂层或BN涂层，厚度为50-500nm。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)采用化学气相沉积工艺或者聚合物浸渍裂解工艺将带有保护涂层的碳纤维预制体增密制得多孔C/C预制体；多孔C/C预制体的密度控制在0.9-1.6g/cm³，孔隙率控制在15％-55％。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)多孔C/C预制体高温热处理的方法是在真空或惰性气氛下，对多孔C/C预制体在1600-2200℃下热处理1-4h。

7.根据权利要求2-6任一所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)高温热处理条件为：真空或惰性气氛下，以5-30℃/min的加热速率加热到Ti-Si合金熔点以上50-300℃或采用Ti和Si混合粉末，加热至1500-1900℃反应1-5h。

8.根据权利要求2-6任一所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述Ti-Si合金是采用电弧熔炼法或者感应熔炼法制备，所用原料为纯度99.9％的钛锭和纯度99.5％的硅粉，其原子百分比为75:25-95:5；所述Ti、Si的混合粉末为纯度99.5％的钛粉和纯度99.5％的硅粉采用球磨混合制备，其原子百分比为70:30-90:10。

9.权利要求1所述的C/C-TiC-Ti₃SiC₂碳陶复合材料在刹车制动系统中的应用。