[发明专利]一种碳纤维-碳纳米管复合强韧化ZrC陶瓷复合材料的制备方法及应用

摘要

一种碳纤维‑碳纳米管复合强韧化ZrC陶瓷复合材料的制备方法及应用，涉及一种ZrC陶瓷复合材料的制备方法及应用。是要解决ZrC基超高温陶瓷材料强度低、断裂韧性差的问题。方法：一、碳纤维三维编织体的预处理；二、碳纤维表面金属催化剂的加载；三、碳纤维‑碳纳米管复合增强体的制备；四、CF‑CNTs/ZrC陶瓷基复合材料的制备。本发明陶瓷基复合材料的孔隙率为74％～81％，密度为0.61～1.17g/cm³，具有多孔轻质的特性，压缩强度可达到23.64MPa，断裂韧性可达到4.63MPa·m^1/2。本发明用于复合材料领域。

主权项

1.一种碳纤维‑碳纳米管复合强韧化ZrC陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、碳纤维三维编织体的预处理：将针刺型三维碳纤维编织体切成立方块；采用温度为70～90℃的丙酮回流24～48h，将丙酮处理后的碳纤维编织体干燥；将干燥完成的碳纤维置于质量分数为65％～75％的浓硝酸中，室温条件下浸泡1～7h，采用去离子水将碳纤维洗涤至中性，干燥，得到预处理的碳纤维编织体；二、碳纤维表面金属催化剂的加载：以过渡族金属盐为溶质，丙酮为溶剂，配制浓度为0.01～0.09mol/L的溶液，将步骤一预处理的碳纤维编织体放入溶液中，室温条件下浸泡8～12h，取出后干燥，得到加载有金属催化剂的碳纤维；三、碳纤维‑碳纳米管复合增强体的制备：采用化学气相沉积在碳纤维表面生长CNTs，得到CF‑CNTs复合增强体；四、CF‑CNTs/ZrC陶瓷基复合材料的制备：将ZrC陶瓷先驱体粉末溶于二甲苯中配制出ZrC陶瓷先驱体溶液，加入步骤三得到的CF‑CNTs复合增强体中，使CF‑CNTs复合增强体全部浸没在ZrC陶瓷先驱体溶液中，然后放置于真空浸渗反应釜中，抽真空至压强接近为0Pa，浸渍20～60min；完成后将试样置于温度为120℃的恒温干燥箱中固化处理，固化时间为12h，固化完成后将试样置于裂解炉中裂解，得到CF‑CNTs/ZrC陶瓷复合材料；所述CF‑CNTs/ZrC陶瓷复合材料的孔隙率为74％～81％，密度为0.61～1.17g/cm³；步骤四中裂解的具体工艺为：室温下向裂解炉中通入高纯Ar保持30min，在高纯Ar气氛下以15℃/min的升温速率将温度从室温升高到1000℃，保温30min，随后以10℃/min的升温速率将温度升高至1600℃，保温1h，之后在Ar气氛保护下自然降温至室温完成裂解。