[发明专利]ZrC改性沥青基C/C复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种ZrC改性沥青基C/C复合材料，其特征在于，所述ZrC改性沥青基C/C复合材料通过以碳纤维预制件为增强体，以碳化锆掺杂沥青碳为基体，所述沥青碳通过沥青催化交联、裂解和石墨化制备得到，所述碳化锆通过ZrCl₄转化得到。

2.一种ZrC改性沥青基C/C复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、先驱体制备：在熔融态的沥青中加入Zr源，加热搅拌得到先驱体；

S2、熔融浸渍：将碳纤维预制件在所述S1步骤的所述先驱体中熔融浸渍；

S3、催化交联：将S2步骤中浸渍有先驱体的碳纤维预制件在温度为300℃～400℃，压力为5MPa～15MPa的环境下催化交联；

S4、加压半焦化：继续加热至400℃～650℃，压力升至10MPa～20MPa进行加压半焦化；

S5、裂解：将经过所述S4步骤后的碳纤维预制件进行裂解；

S6、致密化：周期性重复所述S2～S5步骤，直至碳纤维预制件的增重率低于1%；

S7、石墨化：将经过所述S6步骤后的碳纤维预制件进行高温石墨化得到C/C-ZrC复合材料预制体；

S8、再致密化：周期性重复S6～S7步骤，直至所述C/C-ZrC复合材料预制体的开孔率小于5%，得到ZrC改性沥青基C/C复合材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述S1步骤具体为：在熔融态的沥青中加入Zr源，加热至180℃～210℃搅拌0.5 h～1 h后得到先驱体，所述Zr源为ZrCl₄，所述沥青为软化点小于150℃的沥青。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述S2步骤中，所述熔融浸渍在真空条件下进行，所述熔融浸渍的温度为170℃～300℃；所述熔融浸渍的时间为1 h～4 h。

5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述S3步骤中，所述催化交联的时间为2 h～6 h；所述S4步骤中，所述加压半焦化的时间为1 h～4h。

6.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述S5中步骤，所述裂解的温度为800℃～1200℃；所述裂解的时间为0.5 h～2 h。

7.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述S6步骤中，重复致密化-高温石墨化过程2～4个周期。

8.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述S7步骤中，所述高温石墨化的温度为2300℃～2600℃；所述高温石墨化的时间为0.5 h～2 h。

9.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述S8步骤中，重复熔融浸渍-催化交联-加压半焦化-裂解过程3～6个周期。

10.根据权利要求1所述的ZrC改性沥青基C/C复合材料或权利要求2至9中任一项所述制备方法制备得到的ZrC改性沥青基C/C复合材料在制备高超声速飞行器的热防护材料中的应用。