[发明专利]一种原位自生Zr3Al3C5改性C/SiC复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种原位自生Zr₃Al₃C₅改性C/SiC复合材料的制备方法，以蒸馏水、羧甲基纤维素钠和ZrC粉为原料配制浆料，通过浆料浸渗法使ZrC颗粒填充待改性预制体的大孔，再通过反应熔体浸渗法使包埋的Al‑Si合金与上述预制体中的ZrC反应原位生成Zr₃Al₃C₅、ZrSi₂和ZrSi。所得复合材料中含有高体积分数的耐高温烧蚀纳米层状Zr₃Al₃C₅相，因其在高温烧蚀条件下能够保持稳定，并可钉扎易随气流迁移的熔体和高熔点氧化物颗粒，有效提高了材料的抗烧蚀性能。与此同时，所制备的复合材料的弯曲强度为300～600MPa。复合材料的综合性能优异。

技术领域

本发明属于复合材料的制备方法，涉及一种原位自生Zr₃Al₃C₅改性C/SiC复合材料的制备方法。

背景技术

连续碳纤维增韧碳化硅复合材料(C/SiC)，具有耐高温、低密度、高强度、抗热震等一系列优点，在航空、航天领域有广泛的应用前景。当氧化温度低于1700℃时，C/SiC复合材料中的SiC基体发生被动氧化，在材料表面形成SiO₂保护层，复合材料仍可长时间使用。再入大气层和高超气动环境下，材料承受的温度高于1700℃，SiC基体发生主动氧化失去表面SiO₂保护层，导致纤维和基体烧蚀严重、构件失效。

过渡族金属元素的硼化物和碳化物具有3000℃以上的超高熔点，被称为超高温陶瓷(UHTCs)。超高温陶瓷具有极高的熔点、硬度和高温强度，被认为是极端热化学环境下的优秀候选材料。以涂层或者改性基体的形式，将超高温陶瓷与C/SiC复合材料结合是提高其抗烧蚀能力的一种有效方法。

但UHTCs具有脆性较大、抗氧化性较差以及密度大等特点，采用超高温陶瓷改性复合材料时，会牺牲其强韧性。Zr₃Al₃C₅属于通式为(ZrC)_nAl₃C₂的Zr系三元纳米层状陶瓷，相比ZrC具有高强度、高模量、良好的抗氧化和高温力学性能，是非常有前景的高温结构材料。如果代替ZrC对C/SiC复合材料进行改性，有望在提升材料抗烧蚀性能的同时保持其良好的力学性能。