[发明专利]碳化锆晶须改性碳/碳复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种碳化锆晶须改性碳/碳复合材料的制备方法，用于解决现有方法制备的碳化锆晶须改性碳/碳复合材料力学性能差的技术问题。技术方案是首先采用化学气相沉积在碳纤维表面沉积热解碳保护层，再采用微波水热法将ZrC前驱体引入C/C复合材料预制体中，然后将ZrC前驱体转变为ZrC晶须，之后再采用化学气相沉积进行致密化，最终得到ZrC晶须改性C/C复合材料。本发明制备的复合材料为碳锆两相材料，无其他杂质，ZrC晶须在C/C复合材料内分布均匀，ZrC晶须的长径比大，能与碳基体形成良好的机械互锁，晶须与晶须之间的界面结合良好，从而改善了碳纤维和碳基体的界面结合，显著提高了C/C复合材料的弯曲强度。

主权项

一种碳化锆晶须改性碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、以天然气为碳源，采用化学气相沉积，将密度为0.40g/cm3～0.45g/cm3的碳纤维预制体放在沉积炉中，沉积一层热解碳，沉积温度为1050℃～1150℃，沉积时间为3h～6h，得到C/C复合材料预制体；步骤二、按照ZrOCl2·8H2O与去离子水的质量比为1:5～1:6，将含有锆源的ZrOCl2·8H2O溶解在去离子水中，搅拌溶解，按照反应溶液总质量的3.5％～4.5％，加入NaOH中和溶液中的HCl，搅拌溶解，此时溶液为白色乳浊液，按照ZrOCl2·8H2O和蔗糖中Zr和C的摩尔比为1:3～1:5加入蔗糖，搅拌使蔗糖完全溶解，加入质量为反应溶液总质量0.4％～0.8％的催化剂NiCl2·6H2O,搅拌溶解，按照反应溶液总质量的1.8％～2.4％，加入晶须的生长助剂NaF，搅拌溶解，得到浅绿色乳浊液；步骤三、将步骤一制备的C/C复合材料预制体浸泡在步骤二制备的乳浊液中，浸泡时间30min～50min；步骤四、将步骤三中的C/C复合材料预制体和乳浊液一并转移到内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，将反应釜密封，放入微波反应/消解仪中，在160℃～180℃反应40min～90min待反应完全冷却至室温，拿出反应釜，取出预制体，在60℃～90℃的干燥箱中干燥12h～36h，得到含ZrC前驱体的C/C复合材料预制体；步骤五、重复步骤三和步骤四，不断向C/C复合材料预制体中引入ZrC前驱体，直到ZrC前驱体的质量占预制体总质量的30％～50％；步骤六、将步骤五制备的含ZrC前驱体的C/C复合材料预制体放在刚玉坩埚中，把刚玉坩埚放在密封的石墨容器中，在高温炉中进行高温热处理，以氩气为保护气，以3℃/min～6℃/min的升温速率升温到1400℃～1600℃，保温2h～3h，自然冷却到室温，得到ZrC晶须改性C/C复合材料预制体；步骤七、使用化学气相沉积炉将步骤六制备的ZrC晶须改性C/C复合材料预制体进行致密化，以天然气为碳源，沉积温度为1050℃～1150℃，沉积时间为120h～150h，沉积结束后冷却到室温，得到ZrC晶须改性C/C复合材料。