[发明专利]一种碳纤维增韧的陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳纤维增韧的陶瓷基复合材料及其制备方法。所述方法：通过化学气相沉积法在碳纤维预制体包含的碳纤维表面沉积热解碳界面层，得到多孔C/C基体；将多孔C/C基体浸泡在金属盐水溶液中加压浸渍，再进行干燥与烧结，重复该步骤1至20次，得到碳纤维表面包覆热解碳界面层和金属氧化物层的第一改性基体；将第一改性基体进行碳热还原，得到碳纤维表面包覆热解碳界面层和金属碳化物层的第二改性基体；以陶瓷前驱体为反应物，通过浸渍裂解法与第二改性基体反应，制得碳纤维增韧的陶瓷基复合材料。本发明有效解决了碳纤维易氧化而导致陶瓷基复合材料性能失效的问题，本发明制得的陶瓷基复合材料在高温有氧环境下仍具有很高的拉伸强度。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料制备技术领域，尤其涉及一种碳纤维增韧的陶瓷基复合材料及其制备方法。

背景技术

在航空航天领域，碳纤维增韧的陶瓷基复合材料具有耐高温、密度低、高强度等优异特点，能够满足高温有氧等极端环境下的使用需求，在飞行器的前缘、翼舵等热部件有着广泛的应用前景，因此得到国内外科技工作者的极大关注。

碳纤维增韧的陶瓷基复合材料中，碳纤维作为重要的组成部分，能够发挥强韧化和耐高温等优势。但碳纤维作为碳材料的一种，在400℃便发生氧化，随着温度升高，碳纤维快速氧化，并原位形成较大孔隙，容易导致碳纤维增韧的陶瓷基复合材料的力学性能快速下降。

因此，非常有必要提供一种在高温有氧环境下具备优异力学性能的碳纤维增韧的陶瓷基复合材料及其制备方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种碳纤维增韧的陶瓷基复合材料及其制备方法。

本发明在第一方面提供了一种碳纤维增韧的陶瓷基复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)通过化学气相沉积法在碳纤维预制体包含的碳纤维表面沉积热解碳界面层，得到多孔C/C基体；

(2)将所述多孔C/C基体浸泡在金属盐水溶液中加压浸渍，然后进行干燥与烧结；

(3)重复步骤(2)1至20次，得到碳纤维表面包覆有热解碳界面层和金属氧化物层的第一改性基体；

(4)将所述第一改性基体进行碳热还原，得到碳纤维表面包覆有热解碳界面层和金属碳化物层的第二改性基体；

(5)以陶瓷前驱体溶液作为反应物，通过浸渍裂解法与所述第二改性基体反应，制得碳纤维增韧的陶瓷基复合材料。

优选地，在进行步骤(2)之前，还包括先将步骤(1)得到的多孔C/C基体浸泡于浓度为0.1～7mol/L的硝酸溶液中于50～150℃保温120～240min，然后经干燥的步骤。

优选地，所述金属盐水溶液为Ti(NO₃)₄水溶液、Zr(NO₃)₄水溶液、Hf(NO₃)₄水溶液、Ta(NO₃)₄水溶液中的一种或多种；和/或所述金属盐水溶液中含有的金属盐的浓度为0.0001-10mol/L。

优选地，所述热解碳界面层的厚度为0.1～10μm；所述金属氧化物层的厚度为50～500nm；和/或所述金属碳化物层的厚度为50～500nm。

优选地，在步骤(2)中：所述加压浸渍的压力为0.2～1.0MPa；所述干燥的温度为80～120℃；所述烧结的温度为200～800℃，所述烧结的时间为1～360min，优选的是，所述烧结的温度为500～800℃，所述烧结的时间为60～180min；和/或在惰性气氛下进行所述烧结。

优选地，在步骤(4)中：所述碳热还原的温度为1300～1800℃，所述碳热还原的时间为1～360min，优选为60～180min。