[发明专利]一种铝碳陶复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种铝碳陶复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一，碳陶复合材料的制备：以密度为0.6‑0.8g/cm3的C/C复合材料为原料；将所述原料置于陶瓷先驱体中浸渍，浸渍后，在第一保护气氛下进行高温裂解，重复浸渍‑高温裂解操作，直至得到密度为1.4‑1.6g/cm3的碳陶复合材料；步骤二，碳陶坯体的制备：将所述碳陶复合材料在第二保护气氛下进行高温晶化，得到碳陶坯体；步骤三，高压渗铝：将所述碳陶坯体装入模具中，封焊后制成包套，将包套加热后吊入浸渗炉中渗铝；最后拆包套拆模即可得到铝碳陶复合材料。本发明不仅强度更高，且加工性和可塑性更好。

技术领域

本发明涉及金属-陶瓷结构材料领域，具体为一种铝碳陶复合材料的制备方法。

背景技术

金属-陶瓷复合材料作为一种常用的结构材料。传统的制备方法主要有两种，一种将金属粉和陶瓷粉或可反应生成陶瓷的粉体混合成型后，高温烧结；一种是用陶瓷粉制备素坯，通过加工，烧结，渗铝制备而成。传统的金属-陶瓷复合材料加工性和可塑性能差，对于精密结构件的制备较困难。且加入的陶瓷粉基本为微米级颗粒，粉体之间通过烧结助剂或者熔融金属结合，对强度的提高有限制。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种强度更高、加工性和可塑性更好的铝碳陶复合材料的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种铝碳陶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，碳陶复合材料的制备：

以密度为0.6-0.8g/cm3的C/C复合材料为原料；将所述原料置于陶瓷先驱体中浸渍，浸渍后，在第一保护气氛下进行高温裂解，重复浸渍-高温裂解操作，直至得到密度为1.4-1.6g/cm3的碳陶复合材料；

步骤二，碳陶坯体的制备：

将所述碳陶复合材料在第二保护气氛下进行高温晶化，得到碳陶坯体；

步骤三，高压渗铝：

将所述碳陶坯体装入模具中，封焊后制成包套，将包套加热后吊入浸渗炉中渗铝；最后拆包套拆模即可得到铝碳陶复合材料。

作为优选，步骤一中密度为0.6-0.8g/cm3的C/C复合材料是通过下述方案制备的：

将密度为0.4-0.5g/cm3的2.5D针刺的炭纤维全网胎，经1600-1800℃高温处理后，在第二保护气氛下进行化学气相沉积20-30h，得到所述密度为0.6-0.8g/cm3的C/C复合材料。

作为优选，步骤一中，所述浸渍包括依次真空浸渍和热压浸渍，即将密度为0.6-0.8g/cm3的C/C复合材料置于陶瓷先驱体中，先进行真空浸渍，然后再进行热压浸渍，浸渍后，在第一保护气氛下进行高温裂解，重复循环真空浸渍-热压浸渍-高温裂解操作，直至得到密度1.4-1.6g/cm3的碳陶复合材料。

作为优选，所述陶瓷先驱体可选用聚甲基硅烷、聚碳硅烷、聚硅氮烷、聚硅烷中的至少一种。

作为优选，步骤一中所述陶瓷先驱体采用聚甲基硅烷时，所述聚甲基硅烷的平均质量为1000-1400、黏度为180-225mPa.s。

作为优选，步骤二中所述高温晶化温度为1200-1500℃，优选为1300-1450℃；保温2-10h，优选为3-5h。

作为优选，真空浸渍时，控制单次真空浸渍的时间为1-2h，控制真空度≤20Pa；热压浸渍时，控制单次热压浸渍的时间为3-6h，控制压力为2～5MPa，温度为60-90℃。

作为优选，步骤一中所述第一保护气氛选自氮气气氛、氩气气氛中的至少一种；步骤二中所述第二保护气氛选用氩气。