[发明专利]一种超高温陶瓷改性C/C复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种超高温陶瓷改性C/C复合材料的制备方法，将C/C复合材料预制体，通过反应熔渗处理获得超高温陶瓷改性C/C复合材料；所述反应熔渗处理时，以包含反应性熔盐的熔渗粉体作为熔渗原料，所述熔渗粉体由Zr‑Si混合粉料，K₂ZrF₆粉末，碱金属盐组成；本发明首创的以反应性熔盐作为熔渗原料，采用熔盐法结合反应熔渗在C/C基体内部实现两步法熔渗，并反应形成超高含量ZrC陶瓷的C/C‑UHTCs复合材料，其中ZrC在基体中的含量≥83％；抗烧蚀性能大幅提升。

技术领域

本发明涉及一种超高含量ZrC的超高温陶瓷改性C/C复合材料的制备方法；属于耐高温复合材料制备技术领域。

背景技术

超高温陶瓷改性C/C复合材料(C_f-UHTCs复合材料)相对比C/C或C/SiC材料具有优秀的高温抗氧化、抗烧蚀性能，同时还具有良好的断裂韧性、抗热震性能，是极佳的航空航天用热结构材料之一。

现今C_f-UHTC复合材料的制备方法较多，如前驱体浸渍裂解(PIP)、反应熔渗(RMI)、浆料熔渗(SI)、原位反应，热压(HP)、溶胶-凝胶等。在众多方法中，RMI法依托低熔点的合金熔体熔渗多孔C/C复合材料，可实现C_f-UHTC复合材料的快速、低成本和近净成形制备，适用于工业化生产。然而RMI制备的C_f-UHTC复合材料中超高温陶瓷含量也受熔体与基体的反应程度、熔体熔渗深度、特别是熔体中超高温金属原子比例等一些列因素影响，具有局限性。以RMI法C/C-ZrC-SiC复合材料为例(简称ZS)，RMI法制备ZS材料一般采用低熔点Zr-Si合金熔渗，低熔点Si系合金熔体中Si比例较高，复合材料中最终SiC含量也较高。在极端气动热环境中，高含量SiC可持续提供SiO₂自愈合防护作用，而ZrC则可实现框架或钉扎作用，减少SiO₂急剧耗散。这种比例的的ZS材料非常适用于空天热气动构件。但是对于一些高温贫氧环境中使用的航空航空部件，如燃气舵或火箭发动机喉衬，这些热结构件需在短时间内承受超高温火焰冲刷以及高温粒子冲蚀。高含量SiC会加剧主动氧化以及快速耗散导致材料结构损伤，并不利于此类条件下应用。因此，针对极端高温贫氧环境中使用的关键热结构材料设计，必须尽量减少材料中SiC及低熔合金相比例，同时大幅度提高超高温陶瓷含量。

但受限于RMI方法缺陷：采用纯金属粉末或合金熔渗，熔渗温度过高(2000℃)，基体中纤维损伤严重，材料力学性能下降明显；采用低熔合金如Zr-Si或Hf-Si等合金可降低熔渗温度，但合金熔体与C基体反应后在基体内部形成大量SiC和残留少量未反应低熔点合金相，并不利于极端高温贫氧环境应用。而降低合金中Si比例，材料的熔点和粘度也随之上升，合金的熔渗难度加剧。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种工艺简单、操作方便、快速成型、可制备超高含量ZrC的C/C-UHTCs复合材料的方法。本发明制备的超高含量ZrC的C_f-UHTCs复合材料，尤其适合应用作为极端高温、贫氧、抗烧蚀、抗粒子冲刷等要求的超高温结构部件。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种超高温陶瓷改性C/C复合材料的制备方法，将C/C复合材料预制体，通过反应熔渗处理获得超高温陶瓷改性C/C复合材料；所述反应熔渗处理时，以包含反应性熔盐的熔渗粉体作为熔渗原料，所述反应性熔盐为K₂ZrF₆粉末。