[发明专利]一种耐烧蚀陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种耐烧蚀陶瓷基复合材料及其制备方法，应用于航空航天材料技术领域；该制备方法包括：将金属铪置于真空环境中，通入碳源气体，并加热至蒸发温度，然后对陶瓷基复合材料进行蒸镀，得到包含HfC层的所述耐烧蚀陶瓷基复合材料；其中，HfC层的厚度为15‑20μm。本发明能够提供一种耐烧蚀的陶瓷基复合材料，其在1000‑2000℃下仍能保持优异的耐烧蚀性。

技术领域

本发明涉及航空航天材料技术领域，具体涉及一种耐烧蚀陶瓷基复合材料的制备方法。

背景技术

陶瓷基复合材料是一种关键性战略材料，其既利用了陶瓷材料特有的耐高温、低密度、高比强、高比模、耐烧蚀等优点，又通过纤维增韧的方法解决了陶瓷材料本身韧性差、抗热震性差的问题，使得陶瓷基复合材料广泛应用于航天器结构件，如飞行器发动机燃烧室、尾喷管等。随着对高马赫数飞行器的研发投入不断增大，研究人员对陶瓷基复合材料的耐高温、抗氧化、耐烧蚀性能提出了更高的要求，而现有的陶瓷基复合材料体系已逐渐无法满足高马赫数飞行器对材料的需求。现有耐高温耐烧蚀材料的设计主要依靠材料的结构，仅依靠材料结构无法满足目前航空航天技术对陶瓷基复合材料在耐高温耐烧蚀方面的要求。因此，如何提升陶瓷基复合材料的耐烧蚀性能是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种耐烧蚀陶瓷基复合材料及其制备方法，能够提供一种耐烧蚀的陶瓷基复合材料，其在1000-2000℃下仍能保持优异的耐烧蚀性。

第一方面，本发明提供了一种耐烧蚀陶瓷基复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

将金属铪置于真空环境中，通入碳源气体，并加热至蒸发温度，然后向陶瓷基复合材料表面蒸镀，得到包含HfC层的所述耐烧蚀陶瓷基复合材料；其中，所述HfC层的厚度为15-20μm。

优选地，还包括：将所述耐烧蚀陶瓷基复合材料进行退火处理。

优选地，所述退火处理的温度为500-800℃；

所述退火处理的时间为5-10min。

优选地，所述退火处理的压力为1×10^-9-1×10^-3mbar。

优选地，在所述对陶瓷基复合材料进行蒸镀之前，还包括对所述陶瓷基复合材料进行预处理的步骤：在真空压力为1×10^-8-1×10^-5mbar，温度为400-700℃的条件下进行退火处理10-30min。

优选地，所述金属铪的纯度≥95％；

所述金属铪的粒径为0.05-50μm。

优选地，所述碳源气体为选自CH₄、C₂H₄、C₂H₂或C₃H₆中的至少一种。

优选地，所述真空环境的真空压力为1×10^-10-1×10^-4mbar。

优选地，在所述通入碳源气体之后，真空环境的压力为1×10^-8-1×10^-3mbar。

优选地，所述加热至蒸发温度，包括如下子步骤：

将所述金属铪置于蒸发源中，通入碳源气体，然后对所述蒸发源施加0.5-2A电流和500-1000V电压，以将所述蒸发源加热至所述蒸发温度。

优选地，所述蒸镀采用分子束外延生长法。

优选地，所述蒸发温度为1500-2000℃。

优选地，所述蒸镀的蒸镀时间为30-60min。