[发明专利]航天发动机燃气舵用C/SiC复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种航天发动机燃气舵用C/SiC复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1) 碳纤维预制体的制备

碳纤维预制体为根据燃气舵结构采用三维正交方法形成的正交三向整体织物；

(2) 高温热处理

将碳纤维预制体在高温炉中进行2300-2400℃的高温热处理，氩气惰性气体保护气氛，升温速率为150-200℃/h，压力为1000~5000Pa，处理时间为1.5~2.5h；

(3) C/C多孔体的制备

采用化学气相渗积法对碳纤维预制体进行热解碳增密，制得密度为1.40-1.55g/cm³的C/C多孔体；其中化学气相渗积的碳源气体为天然气，渗积时间为80~200h，渗积温度为1030-1120℃，压力为1.0~12.0KPa，滞留时间为1~2s；

(4) C/C-GS多孔体制备

将聚乙烯醇缩丁醛酯加入到乙醇溶液中配置成1.0-2.5wt.%的混合溶液，将0.6-1.5wt.%的石墨片加入到混合溶液中后球磨24~48h得到石墨片料浆，之后将C/C多孔体放入真空环境下排出孔隙内的空气，随后注入搅拌均匀的石墨片料浆真空浸渍1~2h后通入压缩空气至1.2~3.0MPa开始压力浸渍0.5~1h，取出后放入烘箱80~120℃烘干1~2h，在600℃的高温下真空热处理1h后制备得到C/C-GS多孔体；

其中，石墨片尺寸为2-50um，浸渍过程中石墨片由于尺寸限制只能进入到C/C多孔体的大孔中，石墨片之间相互交叉形成良好的三维网状结构；

(5) C/C-GS-CW多孔体制备

将Ni(NO₃)₂•6H₂O溶于乙醇中配置成0.15mol/L的催化剂溶液，将C/C-GS多孔体置于催化剂溶液中在室温下浸泡2h后取出晾干，之后放入沉积炉中在氮气气氛下升温至400℃保温2h将Ni(NO3)2•6H2O转变为NiO，恒温结束后在氢气气氛下升温至980℃，将NiO还原为Ni，在丙烷和氩气按照体积比1：12，滞留时间0.15s，压力1.5KPa条件下原位生长碳线2h，制备得到C/C-GS-CW多孔体；

(6) RMI陶瓷化

将C/C-GS-CW多孔体置于装有硅粉的石墨坩埚中，在高温炉中进行熔融渗硅，通过熔Si与基体C、石墨片和碳线原位反应生成SiC填充多孔体孔隙，得到航天发动机燃气舵用C/SiC复合材料。

2.根据权利要求1所述的航天发动机燃气舵用C/SiC复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，设计X、Y方向采用连续碳纤维软编铺层，碳纤维层为0°/90°铺层，Z向有碳纤维双向编织制成密度为0.8-0.9g/cm³的正交三向整体织物。

3.根据权利要求1所述的航天发动机燃气舵用C/SiC复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，在C/C-GS-CW多孔体孔隙侧壁和石墨片表面均匀分布原位生长的碳线，相互交织，形成三维网格结构。

4.根据权利要求1所述的航天发动机燃气舵用C/SiC复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中，通过C/SiC复合材料的预期密度和C/C-GS-CW多孔体密度之差计算出熔融渗硅过程中放置硅粉量，将C/C-GS-CW多孔体掩埋于硅粉中，高温炉内采用真空环境，硅粉纯度大于99%，粒度为100~300目，熔融渗硅条件为1550~1750℃下保温1.5~3.5h。

5.一种权利要求1-4任一权利要求所述的航天发动机燃气舵用C/SiC复合材料的制备方法制备的航天发动机燃气舵用C/SiC复合材料。