[发明专利]一种SiC-ZrC分段分喷管布的陶瓷基复合材料喷管

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷基复合材料喷管，特别是涉及一种SiC-ZrC分段分喷管布的陶瓷基复合材料喷管。

背景技术

C/C复合材料不但具有良好的导电导热性抗腐蚀性和热稳定性，而且还具有一系列优异的高温性能，如耐烧蚀，良好的高温强度保持率及抗热震性能等，是一种理想的轻质高温结构材料C/C复合材料虽然具有良好的高温耐烧蚀性能，然而极端环境中的应用需求(如高冲质比的固体火箭发动机喉衬材料、导弹鼻锥等)，对C/C复合材料的抗氧化耐烧蚀能力提出了更高的要求。此外，作为新一代飞行器燃烧室、鼻锥和机翼前缘等的理想轻质防热结构材料，耐烧蚀性能也是决定其可靠性、准确性和可操作性的重要因素。因此，为满足新一代高性能航空航天产品发展的需要，亟进一步提高C/C复合材料的耐高温烧蚀和耐冲刷性能。

近年来，美、俄、法等国家在C/C复合材料中添加TaC，ZrC，HfC等难熔碳化物来提高C/C复合材料的抗冲刷耐烧蚀能力，以承受更高的燃气温度或更长的服役时间。ZrC具有高熔点(3540℃)、高强度高硬度和良好的高温抗热震性能，是一种耐腐蚀、化学稳定性好的高温结构材料。在高温氧化环境中，其氧化产物ZrO₂不但熔点高(2770℃)，而且具有相对低的蒸气压和热导率。又或是通过添加SiC来提高C/C复合材料的抗氧化能力，SiC高温氧化产物为SiO₂，这是已知的最抗氧化的材料了。

文献“Yonggang Tong，Shuxin Bai，Hong Zhang，Ke Chen.C/C-SiC composite prepared by Si-10Zr alloyed melt infiltration.2012，38：3301-3307”通过反应熔渗法向多孔C/C预制体中熔渗Si-Zr合金制备了不含游离Si的C/C-SiC复合材料，合金中的Zr与C/C多孔体中的C和Si反应形成ZrC和ZrSi₂，所获得复合材料具有较高的强度、较好的抗氧化性和抗烧蚀性。

文献“C/C-SiC复合材料的反应熔渗法制备与微观组织，赵彦伟，孙文婷，李俊平，刘宏瑞，张国兵，宇航材料工艺报，2013年第2期”中提出通过向多孔C/C预制体中熔渗如Si-Zr制备了不含游离Si的C/C-SiC复合材料，合金中的Zr与C/C多孔体中的C和Si反应生成ZrC和ZrSi2，所获得复合材料具有较高的强度、较好的抗氧化性和抗烧蚀性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种SiC-ZrC分段分喷管布的陶瓷基复合材料喷管，其特征在于所述的陶瓷基复合材料包括多孔C/C复合材料骨架，SiC涂层和ZrC涂层，喉部为ZrC，直段和裙部SiC。C/C复合材料体积分数为70％～85％，ZrC体积分数为15％～30％，SiC体积分数为15％～30％。

针对上述问题，本发明提供一种SiC-ZrC分段分喷管布的陶瓷基复合材料喷管，所述的陶瓷基复合材料为圆管状，前部直径变大，类似裙子，后部直径为2～8cm，前部直径为5～15cm。SiC涂层位于喷管的直段，即喉部以后温度低的部分。ZrC涂层位于喷管的群部，即喉部以前温度高的部分，包括喉部。SiC涂层与ZrC涂层的分界线距离喉部中心点1～5cm。SiC涂层和ZrC涂层渗入到C/C骨架中1～3mm。ZrC密度为6.78g/cm³，SiC的密度为3.22g/em³，ZrC较SiC重，比都为ZrC涂层的管子重量低。

本发明所述的C/C复合材料为喷管的主体结构，由于C/C复合材料易于被氧化烧蚀，SiC具有良好的抗氧化作用，生成的SiO₂是已知的最抗氧化的材料，而ZrC耐高温，生成的ZrO₂熔点高达2680℃，喉部耐高温的ZrC提高了C/C复合材料抗烧蚀能力，直段和裙部抗氧化的SiC则是提高C/C复合材料的抗氧化性能。

本发明具有的优点：1、复合材料中不含游离Si，高温性能更加优异；2、分段分布的SiC-ZrC层提高C/C复合材料的抗烧蚀和抗氧化能力；3、材料具有良好的热、化学稳定性，并且轻量化。

附图说明

图1为SiC-ZrC分段分布的陶瓷基复合材料的纵向图

10为C/C复合材料；20为SiC层；30为ZrC层

具体实施方式