[发明专利]一种HfC陶瓷先驱体的制备方法与应用

说明书

本发明提供一种HfC陶瓷先驱体的制备方法与应用，包括以下步骤：(1)在反应器中，加入溶剂，再加入有机铪化合物与氰胺类有机物，将反应器抽真空并干燥；(2)升温，在氮气气氛保护下持续搅拌反应，将反应完成的产物蒸发去除溶剂，得到乳白色固体；利用本发明制得的HfC先驱体具有较高的陶瓷收率，所制备的陶瓷材料中耐超高温HfC组分含量高于79％；具有良好的耐高温性能，适合用于制备高性能碳化铪陶瓷及其复合材料。

技术领域

本发明涉及耐超高温材料技术领域，具体的涉及一种HfC陶瓷先驱体的制备方法与应用。

背景技术

随着科技技术的突飞猛进，各行各业对材料提出了越来越高的要求。特别是在航空航天领域，高超声速飞行器、跨大气层空间作战飞行器、天地往返系统等高速航天飞行器的鼻锥、机翼前缘等关键部件会与空气之间发生剧烈摩擦，进而产生局部高温。当高超声速飞行器的速度达到8马赫时，其端头部位需要能耐受高达1800℃的温度。同时，高超声速飞行器所用超燃冲压发动机的燃烧室的温度时常会高达1700～2800℃。为了实现跨大气层飞行器鼻锥和机翼前缘等的可重复使用，需要所用材料能反复耐受3000℃以上的高温。

耐超高温材料可以定义为，熔点在3000℃以上，能够在应力、氧化和温度高于2000℃的环境下，照常使用的结构材料。主要包括石墨、碳-碳复合材料、难熔金属及合金和耐超高温陶瓷等。石墨、碳-碳复合材料具有轻质高强的特点，在惰性气氛下各项力学性能优异的特点，但在高温有氧环境中该材料在350℃即开始氧化，这极大的限制了其在高温含氧环境下的应用。难熔金属及合金材料在航天、航空工程中具有广泛应用，但难熔金属存在加工成型难、易氧化、密度高、价格昂贵等问题，限制了其在航空领域的大规模应用和进一步的发展。耐超高温陶瓷具有相当优异的高温抗氧化性和抗热震性，多采用过渡金属硼化物、碳化物、氮化物和氧化物等制成，如下TiB₂、ZrB₂、TaB₂、HfB₂、TiC、TaC、HfC、NbC、ZrC、TaN、HfN、ZrO₂、HfO₂等。该类材料具有高的熔点、高热导率、高弹性模量等性能，能够在高温下保持很高的强度。因此，耐超高温陶瓷由于其突出的高温性能受到了研究人员广泛关注，是最具前景的一类耐高温材料。

HfC陶瓷具有高硬度、高熔点(3928℃)、固相稳定性、热力学稳定性和热震性好等优异的物理和化学性能，尤其是在极端苛刻的超高温氧化腐蚀环境中，HfC陶瓷材料仍具有很好的化学稳定性和抗热震性。此外，在一定温度下HfC陶瓷材料还具有高强度、耐磨性，热导率和导电的能力，因此它能较好满足超高温环境下的各种使用要求。因此，HfC陶瓷具有优异性能，在超高温领域具有广阔的应用前景。

通常采用粉末热压成型法、溶胶凝胶法或先驱体转化法制备耐超高温陶瓷。其中，粉末热压成型法制备工艺简单，但其存在组份复杂、晶粒尺寸较大、组份分布不均匀等缺点；溶胶凝胶法可实现组份均匀分散，但其陶瓷产率低，浸渍裂解周期长，裂解产生大量微孔影响其高温使用性能。先驱体转化法是将有机金属聚合物溶解成型或熔融成型，经高温热处理得到无机陶瓷材料。该方法具有制备的陶瓷化学组成、微观结构和宏观形貌可通过分子设计和聚合物成型进行调控，陶瓷产率高，易工业化等优点而受到广大材料工作者的重视。

目前，通过先驱体转化法制备耐超高温陶瓷还存在以下问题：陶瓷产率低、耐超高温组份含量低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种HfC陶瓷先驱体的制备方法与应用，该发明解决了现有技术中先驱体转化法制备耐超高温陶瓷陶瓷产率低、耐超高温组份含量低的技术问题。