[发明专利]一种超高温C/SiHfBCN陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超高温C/SiHfBCN陶瓷基复合材料及其制备方法，通过前驱体循环浸渍裂解法将SiHfBCN浸渍液引入到碳纤维织物中，以SiHfBCN前驱体裂解陶瓷为基体实现了超高温组元Hf在陶瓷基体中的均匀分布，通过对超高温组元Hf引入量的调节可实现对复合材料耐高温性能的调控，有效提高了C/SiHfBCN复合材料的高温抗氧化性能；同时通过对复合材料梯度界面层的设计及调控，改善了复合材料的界面匹配性；最终得到具有优异力学性能及高温抗氧化性能的超高温C/SiHfBCN陶瓷基复合材料。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料制备技术领域，特别涉及一种超高温C/SiHfBCN陶瓷基复合材料及其制备方法。

背景技术

新一代临近空间飞行器在大气层内长时间(2000+s)高马赫数(Ma10+)飞行，热防护系统对长时间抗氧化/非烧蚀的热结构材料提出了迫切需求，急需发展更高耐温等级(1600℃以上)、抗氧化及力学承载性能的热结构材料方案。

SiC、SiBCN陶瓷具有优异的耐高温、抗氧化性能，是目前常用的碳纤维增强陶瓷基热结构复合材料基体，但该类复合材料使用温度一般不超过1600℃，难以满足新一代临近空间高超声速飞行器的使用需求。难熔金属铪化物的熔点在3000℃以上，其氧化物熔点也在2500℃以上，具有优异的耐高温性能，但是该类化合物制备温度高，且氧化后形成的氧化层疏松多孔，抗氧化性能差。将难熔金属铪化物引入到SiBCN陶瓷中形成均相的SiHfBCN陶瓷能够有效地综合Si基陶瓷优异的抗氧化性能以及铪化物优异的高温稳定性、抗烧蚀性能，可在2000℃以上使用。因此，以SiHfBCN陶瓷为基体的陶瓷基复合材料是未来超高温领域的研究重点，但现有SiHfBCN陶瓷基复合材料由于增强体和基体的性能不匹配，容易导致力学性能不均匀、超高温性能和抗氧化性能欠佳等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种超高温C/SiHfBCN陶瓷基复合材料，在纤维与基体之间设计了多梯度界面层，可以有效缓解由于纤维及基体间热膨胀系数不匹配引起的热应力，并避免纤维被SiHfBCN基体腐蚀，从而提高复合材料力学及抗氧化性能。

本发明的另一目的在于提供一种超高温C/SiHfBCN陶瓷基复合材料的制备方法，采用前驱体浸渍、裂解法制备C/SiHfBCN陶瓷基复合材料，制备温度低、产物元素组成分布均匀，可制备各种不同形状尺寸的复合材料。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种超高温C/SiHfBCN陶瓷基复合材料，包含以下体积百分比的组分：

增强体 25～45％；

陶瓷基体 55％～75％；

所述增强体为表面依次包覆碳界面层和Si基界面层的碳纤维编织物；

所述陶瓷基体为SiHfBCN陶瓷，所述SiHfBCN陶瓷通过SiHfBCN陶瓷前驱体浸渍裂解得到。

进一步的，所述碳界面层相对于碳纤维编织物的质量百分比为8％～60％；所述Si基界面层相对于碳纤维编织物与碳界面层质量之和的质量百分比为20％～80％。

进一步的，SiHfBCN陶瓷前驱体中Hf元素的质量百分比为20～60％。

进一步的，碳纤维编织物中所用碳纤维包括T300碳纤维、T700碳纤维、T800碳纤维，T1000碳纤维或M40J碳纤维中的一种或一种以上组合；碳纤维编织物的编织形式包括二维纤维布铺层缝合、二维半编织、正交三向、三维绕纱或三维五向中的一种或一种以上组合。

上述一种超高温C/SiHfBCN陶瓷基复合材料的制备方法，包括以步骤：

(1)将碳纤维编织物进行热处理；