[发明专利]一种基于熔融渗硅工艺的复合材料、碳/碳多孔体及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于熔融渗硅工艺的复合材料、碳/碳多孔体及其制备方法，属于热结构复合材料制造领域。所述碳/碳多孔体的制备方法，包括：采用叠层缝合工艺将碳布制成碳纤维增强体；对得到的碳纤维增强体进行预处理；通过化学气相沉积法在预处理后的碳纤维增强体的纤维表面形成热解碳层，得到热解碳基碳/碳多孔体；在酚醛树脂中加入成孔剂和固化剂，搅拌混合得到成孔树脂；将所述热解碳基碳/碳多孔体浸入所述成孔树脂中，并与所述成孔树脂一同进行固化、碳化及石墨化处理，去除表面由所述成孔树脂形成的树脂碳，得到适用于熔融渗硅工艺的碳/碳多孔体。采用本发明制备的碳/碳多孔体在熔融渗硅后制备的材料拉伸强度≥300MPa，弯曲强度≥300MPa，1500℃静态氧化20min失重率小于1.5％。

技术领域

本专利涉及一种基于熔融渗硅工艺的复合材料、碳/碳多孔体及其制备方法，适用于热结构材料的工程化制备，属于热结构复合材料制造领域。

背景技术

随着科学技术和军事需求的迅猛发展，武器装备的时效性将进一步凸显。先进武器用热结构复合材料工艺技术成熟度、材料综合性能及稳定性、制备周期及成本控制等方面仍存在明显不足，严重不适应常规战术武器装备的低成本化、短周期和批产/量产的需求，这也成为热结构复合材料推广应用的主要障碍。

碳/碳-碳化硅复合材料是一种能满足1650℃高温使用的高温热防护材料，已广泛应用于返回式飞行器的面板、小翼、升降舵和机身舱门，航天飞机的热防护系统，太空反射镜等部件和产品。其作为摩擦材料，具有密度小、摩擦系数稳定、热容大、抗氧化性能好等优势，已广泛应用于航空航天领域和高档汽车领域。目前，碳/碳-碳化硅主要用作功能材料，其作为高性能热结构的应用报道较少。目前碳/碳-碳化硅复合材料的制备方法主要包括反应熔渗法、化学气相渗透法和先驱体裂解法等。化学气相渗透法和先驱体裂解法增密速率慢、原材料利用率低、制备周期长，制造成本较高，限制了其应用范围；反应熔渗法制备的碳/碳-碳化硅复合材料抗热冲击性强、材料强度适中、抗氧化性好，制备周期短、成本低，且残余孔隙率低，非常具有市场竞争力。

现有反应熔渗法中，以熔融渗硅为例，由于熔融渗硅法需要多孔体具有连续细密的孔结构，因而通常采用针刺预制体制备的碳/碳多孔体进行渗硅，由于针刺预制体中连续长纤维含量低，导致制备的碳/碳-碳化硅复合材料力学性能差，不适用于航天器的热结构部件。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有热结构材料制备工艺的不足，提供一种基于熔融渗硅工艺的复合材料、碳/碳多孔体及其制备方法，该碳/碳多孔体经熔融渗硅获得的材料密度均匀、力学性能高、抗氧化性能优良，可用于不同轮廓尺寸薄壁多孔碳/碳材料及其碳/碳-碳化硅复合材料的快速制备。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种碳/碳多孔体的制备方法，所述碳/碳多孔体用于制备基于熔融渗硅工艺的复合材料，包括如下步骤：

1)采用叠层缝合工艺将碳布制成碳纤维增强体；

2)对得到的碳纤维增强体进行预处理；

3)通过化学气相沉积法在预处理后的碳纤维增强体的纤维表面形成热解碳层，得到热解碳基碳/碳多孔体；

4)在酚醛树脂中加入成孔剂和固化剂，搅拌混合得到成孔树脂；

5)将所述热解碳基碳/碳多孔体浸入所述成孔树脂中，并与所述成孔树脂一同进行固化、碳化及石墨化处理，去除表面由所述成孔树脂形成的树脂碳，得到适用于熔融渗硅工艺的碳/碳多孔体。

在一可选实施例中，步骤4)所述的成孔剂为乙醇、甲醇或乙二醇中的一种或一种以上混合，所述的固化剂为醋酸、硫酸、磷酸或盐酸中的一种或一种以上混合。