[发明专利]一种碳陶材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种碳陶材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)沉积C层：采用化学气相沉积法在碳纤维预制体内沉积碳基体，得到CVD-C，形成C/C坯体；

(2)沉积SiC层：通过化学气相沉积法在所得C/C坯体表面沉积SiC层，得到CVD-SiC，形成C/C-SiC中间体Ⅰ；

(3)浸渍先驱体裂解制备SiC：将所得C/C-SiC中间体Ⅰ置于浸渍液中进行浸渍，所述浸渍液由聚甲基硅烷和二甲苯组成，浸渍后进行固化，固化后在保护气氛下进行裂解，得到PIP-SiC，形成C/C-SiC中间体Ⅱ，当一次浸渍-固化-裂解达不到需求密度时，重复浸渍-固化-裂解过程，直至得到需求密度的C/C-SiC中间体Ⅱ为止；

(4)树脂浸渍-固化-碳化：将所得C/C-SiC中间体Ⅱ浸入液体酚醛树脂中进行浸渍，浸渍后再固化，固化后在惰性气氛保护下碳化，得到含树脂碳的C/C-SiC中间体Ⅱ，当一次树脂浸渍-固化-碳化达不到需求密度时，重复树脂浸渍-固化-碳化过程，直至得到需求密度的含树脂碳的C/C-SiC中间体Ⅱ为止；

(5)液相渗硅：将所得含树脂碳的C/C-SiC中间体Ⅱ与硅粉在真空条件下混合并加热，采用熔融硅浸渗法，制备得到LSI-SiC，最终形成包含三种类型SiC的C/C-SiC复合材料，即碳陶材料；

所述碳陶材料包括以下质量分数的组分：

2.根据权利要求1所述的碳陶材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)的所述浸渍液中，所述二甲苯与聚甲基硅烷的质量比为20～40∶100，所述聚甲基硅烷的重均分子量为700～1000。

3.根据权利要求1所述的碳陶材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述浸渍的温度为20℃～50℃，所述浸渍的压力为0.2MPa～0.8MPa，所述浸渍的时间为10min～20min，所述固化的温度为100℃～130℃，所述固化的压力为1MPa～3MPa，所述固化的时间为0.5h～2h，所述裂解时的保护气氛为氮气或氩气，所述裂解的温度为1000℃～1300℃，所述裂解的压力为1MPa～3MPa，所述裂解的时间为2h～6h。

4.根据权利要求3所述的碳陶材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，重复浸渍-固化-裂解过程采用的工艺参数与首次浸渍-固化-裂解过程采用的工艺参数相同，所述重复的次数为1次～10次。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的碳陶材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述浸渍在常温下进行，所述浸渍的时间为0.5h～1h，浸渍过程中保持真空度为50Pa～200Pa，所述固化的压力为0.5MPa～2MPa，所述固化的温度为150℃～175℃，所述固化的时间为10min～20min，所述碳化的温度为800℃～1000℃，所述碳化的时间为3h～6h，所述碳化时的惰性气氛为氮气或氩气。

6.根据权利要求5所述的碳陶材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，重复树脂浸渍-固化-碳化采用的工艺参数与首次树脂浸渍-固化-碳化采用的工艺参数相同，所述重复的次数为1次～8次。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的碳陶材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，含树脂碳的C/C-SiC中间体Ⅱ与硅粉的质量比为1∶1～1.5，所述真空条件是指真空度低于200Pa，所述液相渗硅的温度为1600℃～1800℃，所述液相渗硅的时间为1h～3h。

8.一种如权利要求1～7任一项所述的制备方法制备的碳陶材料。