[发明专利]一种高性能碳基连接层连接碳/碳复合材料的方法

说明书

一种高性能碳基连接层连接碳/碳复合材料的方法，具体将C/C复合材料预氧化处理得到表面多孔而内部完整的结构，随后浸泡入金属催化剂前驱体水溶液中搭载催化剂前驱体，采用注射CVD工艺在C/C复合材料表面原位生长出SiCNW，将C/C复合材料叠加在一起并用石墨夹具固定，借助CVI工艺在长有SiCNW的C/C复合材料之间沉积PyC，得到用SiCNW/PyC中间层连接的C/C复合材料，本发明的主要技术效果在于：与陶瓷基、玻璃基以及金属基连接层相比，本发明制备的碳基连接层与C/C复合材料热膨胀系数匹配，抗热震性能优异且连接强度高，剪切强度可达10.5～18.1MPa。

技术领域

本发明涉及碳/碳复合材料之间连接方法技术领域，特别涉及一种高性能碳基连接层连接碳/碳复合材料的方法。

背景技术

碳/碳(C/C)复合材料兼具碳纤维增强复合材料的优异力学性能和碳素材料固有的耐高温性能，具有其它材料无法比拟的一系列优异的性能，如低的密度、高比强度，良好的高温力学性能保持率，优异的抗烧蚀性能，摩擦性能以及抗热震性能，使得它作为高温热结构与功能一体化材料被广泛应用于被航空、航天以及军事等高科技领域。

C/C复合材料质脆、加工性差，需借助连接手段将不连续的C/C复合材料组合在一起，以较低的成本制备出实际所需的大尺寸、复杂形状的C/C构件。另外，C/C复合材料制备成本高，连接技术可将废旧C/C构件组合起来实现C/C复合材料的循环再利用。例如，连接磨损变薄的飞机刹车盘，使其形成完整的可以重新使用的刹车盘，就具有非常大的市场应用潜力。过去几十年，SiC，Si/金属以及其它陶瓷基、玻璃基材料已被研究作为中间连接层连接C/C复合材料，并获得了优异的连接性能。但是这些连接材料作为异质中间层，与C/C复合材料热膨胀系数不匹配，经高低温环境中反复使用后，热失配会严重退化C/C复合材料与连接层接头的界面结合强度，导致连接构件的可靠性和稳定性大幅度下降。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高性能碳基连接层连接碳/碳复合材料的方法，在C/C复合材料之间原位合成碳化硅纳米线增强热解碳(SiCNW/PyC)连接层，碳材料作为同质连接层，具有与C/C复合材料相似的化学性质和物理性质，可以有效缓解陶瓷基、玻璃基和金属基连接层与C/C复合材料因热膨胀系数不匹配而导致的抗热震性能差的问题，为C/C连接件在高低温环境中的反复使用提供途径。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高性能碳基连接层连接碳/碳复合材料的方法，包括以下步骤：

步骤1，预氧化处理

将C/C复合材料预氧化处理得到表面多孔而内部完整的结构，预氧化处理温度为800～1000℃，预氧化处理时间为1～10min；

步骤2，搭载催化剂前驱体

将步骤1得到的C/C复合材料浸泡入质量分数1％～10％的催化剂前驱体水溶液中3～12h，使C/C复合材料表面搭载均匀催化剂前驱体；

步骤3，原位生长SiCNW

将步骤2得到的C/C复合材料放置于化学气相沉积(CVD)炉中，采用注射CVD工艺在C/C复合材料表面原位生长出SiCNW；

步骤4，连接

将步骤3得到的C/C复合材料叠加在一起，用石墨夹具固定，采用化学气相渗透(CVI)工艺在C/C复合材料之间沉积PyC，沉积工艺条件为：沉积温度1000～1200℃，甲烷10～60L/h，氮气100～500L/h，沉积时间50～150h，得到用SiCNW/PyC中间层连接的C/C复合材料。

所述的步骤2中的催化剂前驱体为Fe、Ni、Co或Cu的化合物的一种或几种的混合。