[发明专利]一种混杂纤维增强超高温抗烧蚀复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种混杂纤维增强超高温抗烧蚀复合材料及其制备方法，属于导弹武器固体发动机喉衬技术领域。所制备的材料具有良好的力学、烧蚀性能，比低烧蚀碳/碳复合材料的烧蚀性能提高50％以上，在我国未来高超声速飞行器端头、高压强、高能推进剂固体火箭发动机喉部等防热部位中具有良好的应用前景。提供一种利用难熔金属/碳混杂纤维制备混杂纤维增强难熔金属化合物制备超高温抗烧蚀复合材料的技术方法，所制备材料比低烧蚀材料的烧蚀性能提高50％以上。

技术领域

本发明涉及一种混杂纤维增强超高温抗烧蚀复合材料及其制备方法，所述的混杂纤维是指碳纤维与金属纤维进行混编高温处理后形成碳纤维和碳化物纤维的混合纤维，所述的超高温是指温度不低于2800℃，所述的抗烧蚀是指烧蚀时间不低于60s，属于导弹武器固体发动机喉衬技术领域。

背景技术

新一代潜射战略导弹，射程10000km以上，具有突防能力强、机动性大、生存能力高、可随时实施攻击等优点，对喉衬材料在复杂热力载荷条件下的耐温极限、长时间热结构和抗氧化烧蚀性能提出了严峻挑战。为了维持良好的气动外形，要求材料低烧蚀或近零烧蚀，对喉衬用防热材料的长时间超高温抗氧化烧蚀性能提出了全新的要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种混杂纤维增强超高温抗烧蚀复合材料及其制备方法。

本发明的技术解决方案是：

一种混杂纤维增强超高温抗烧蚀复合材料，该复合材料包括纤维增强体和基体；

所述的纤维增强体的原料包括碳纤维和金属纤维；碳纤维为T300纤维、T700纤维、T800纤维或M40J纤维，金属纤维为Ta纤维、Ti纤维、W纤维中的一种或两种以上的混合；碳纤维和金属纤维的比例关系为：每1000根碳纤维中有1-10根金属纤维；

所述的基体为含有难熔金属化合物的树脂溶液，难熔金属化合物为TaC化合物、TiC化合物、WC化合物、HfC化合物中的一种或两种以上的混合，树脂溶液为钡酚醛树脂的乙醇溶液，基体中难熔金属化合物的质量含量为20％-50％。

一种混杂纤维增强超高温抗烧蚀复合材料的制备方法，该方法的步骤包括：

(1)对碳纤维表面进行预处理，再将碳纤维与金属纤维进行混编，然后再进行三维编织，得到碳纤维混杂金属纤维的立体织物；

(2)将步骤(1)得到的立体织物低压浸渍沥青，浸渍完成后进行碳化和高温热处理；

(3)将基体浸渍到步骤(2)得到的产物中；

(4)将步骤(3)得到的产物进行加压固化处理；

(5)将步骤(4)得到的产物进行碳化和高温热处理；

(6)重复步骤(3)-步骤(5)2-4遍；

(7)将步骤(6)得到的产物进行沥青高压浸渍碳化处理；

(8)将步骤(7)得到的产物进行高温热处理；

(9)重复步骤(7)和步骤(8)2-4遍，得到混杂纤维增强超高温抗烧蚀复合材料。

所述的步骤(1)中，对碳纤维表面进行预处理的方法为：在碳纤维表面涂覆处理剂，处理剂为脂肪酸聚乙烯脂、脂肪酸聚乙烯酰胺、脂肪醇聚乙烯醚中的一种；所述的碳纤维为T300纤维、T700纤维、T800纤维或M40J纤维，金属纤维为Ta纤维、Ti纤维、W纤维或其中两种纤维混合；

所述的步骤(2)中，低压是指浸渍压力不大于1.0MPa；碳化时的工艺参数为：以50～100℃/h的升温速率到800-850℃进行碳化处理，碳化处理时间为1-5h；高温热处理的工艺参数为：以100～200℃/h的升温速率到2300～2500℃，保温1-2h，然后随炉降温到100℃以下出炉；