[发明专利]一种C/SiC-ZrB2-ZrC超高温陶瓷基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种C/SiC-ZrB₂-ZrC超高温陶瓷基复合材料的制备方法，尤其是一种用ZrB₂、ZrC对C/SiC陶瓷基复合材料抗烧蚀性能基体改性的方法。

背景技术

连续碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC)是一种理想的高温结构材料，具有耐高温、低密度、高强度、抗热震等一系列优点，在航空发动机热端部件、航天飞机热防护系统和火箭发动机喷管等领域有广泛的应用和前景。在温度低于1700℃的环境下，C/SiC表面存在SiO₂氧化层，具有极好的抗烧蚀和抗氧化能力。大气层再入飞行器鼻锥、机翼前缘和火箭发动机喷管温度等热端部件的温度都超过1800℃，在这种温度环境下，C/SiC主动氧化失去表面SiO₂保护层，抗烧蚀和抗氧化性能急剧下降容易导致构件失效。

过渡族金属元素硼化物和碳化物具有超过3000℃的超高熔点，被称为高高温陶瓷(UHTC)。超高温陶瓷具有极高熔点、高硬度、高温强度等一系列优点，被认为是极端热和化学环境下的候选材料，因此在C/SiC复合材料中添加超高温陶瓷材料成为一种提高其高温阶段抗烧蚀能力的有效方法。超高温陶瓷中锆的硼化物(ZrB₂)和碳化物(ZrC)因为其良好的化学稳定性、高导热性、相对较低的密度逐渐成为研究的重点。

C/SiC-ZrB₂-ZrC复合材料的制备一般直接将ZrB₂、ZrC颗粒引入C/SiC中，文献“Yiguang Wang，Wen Liu，Laifei cheng，Litong Zhang et al.Preparation and properties of 2D C/SiC ultra high temperature ceramic composites[J]Material Science and Engineering A524(2009)129-133”中将涂覆ZrB₂颗粒聚碳硅烷(PCS)浆料二维碳纤维布堆叠固化裂解后化学气相沉积(CVI)SiC基体制备2D C/SiC-ZrB₂复合材料。文献“Z.Wang，S.M.Dong，et al.Mechanical properties and micristructures of Cf/SiC-ZrC composites using T700SC carbon fibers as renforcements”将涂覆ZrC颗粒聚碳硅烷(PCS)浆料二维碳纤维布堆叠一定压力下固化裂解后制备了C_f/SiC-ZrC。通过这种方法制备的材料ZrB₂、ZrC含量较高，但层间结合差导致力学性能、烧蚀性能大大降低。童长青、成来飞、殷小玮等采用浆料浸渍法将ZrB₂颗粒引入C/SiC(航空材料学报第4期第29卷)，从而提高了材料的力学性能，但引入ZrB₂体积分数不超过5vol％，且材料中有残余硅，材料烧蚀性能也不理想。王一光、朱晓娟等人采用反应熔体渗透法(RMI)利用金属Zr和C/C复合材料基体C反应制备了C/C-ZrC复合材料(Journal of Material Science and Engineering A 524(2009)129-133)，材料的抗烧蚀性相比上述材料得到明显提高。

但是，由于浆料涂覆产生的基体结合弱、浆料浸渍ZrB₂、ZrC的体积分数低，仍会导致出现材料力学性能和烧蚀性能不好的问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种C/SiC-ZrB₂-ZrC超高温陶瓷基复合材料的制备方法，能够克服现有技术由于浆料涂覆产生的基体结合弱、浆料浸渍ZrB₂、ZrC的体积分数低，导致材料力学性能和烧蚀性能不好的问题。

技术方案

一种C/SiC-ZrB₂-ZrC超高温陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：

复合材料预制体制备：将开气孔率为20vol％～30vol％的C/SiC复合材料预制体用超声波清洗至少30分钟，烘箱中80℃～100℃烘干得到C/SiC预制体；