[发明专利]一种原位自生SiC(nw,np)-ZrB2-ZrC改性碳/碳复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种原位自生SiC(nw,np)-ZrB₂-ZrC改性碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)，以硼酸、正硅酸乙酯、八水氧氯化锆和葡萄糖为起始原料，以无水乙醇或去离子水为溶剂，分别配制低粘度、中等粘度和高粘度的B-Si-Zr复合溶胶备用，其中低粘度为1-3mpa·s，中等粘度为4-7mpa·s，高粘度为8-12mpa·s；

步骤2)，采用低粘度的B-Si-Zr复合溶胶为前驱体，利用压力浸渍罐浸渍碳/碳复合材料，浸渍完成后进行真空冷冻干燥处理，重复浸渍-干燥过程2-3次后，在氩气气氛下保护下进行热处理，得到改性碳/碳复合材料；

步骤3)，以步骤2)得到的改性碳/碳复合材料为样品，采用中等粘度的B-Si-Zr复合溶胶为前驱体，采用步骤2)相同工艺进行浸渍与真空冷冻干燥处理，并重复浸渍-干燥过程2-3次后，在氩气气氛下保护下进行热处理，得到改性碳/碳复合材料；

步骤4)，以步骤3)得到的改性碳/碳复合材料为样品，采用高粘度的B-Si-Zr复合溶胶为前驱体，采用步骤2)相同工艺进行浸渍与真空冷冻干燥处理，并重复浸渍-干燥过程1-3次后，在氩气气氛下保护下进行热处理，得到改性碳/碳复合材料；

步骤5)，以步骤4)得到的改性碳/碳复合材料为样品，重复步骤4)的浸渍-干燥-热处理工艺5-10次，得到原位自生SiC(nw,np)-ZrB₂-ZrC改性碳/碳复合材料。

2.根据权利要求1所述原位自生SiC(nw,np)-ZrB₂-ZrC改性碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，以八水氧氯化锆和无水乙醇配制摩尔浓度为0.5-1.5mol/L的锆前驱体溶液，以硼酸和无水乙醇配制摩尔浓度为0.5-3mol/L的硼酸乙醇溶液，以葡萄糖和去离子水配制摩尔浓度为1.5-9mol/L的葡萄糖水溶液，以体积比1:1-1:4的正硅酸乙酯与无水乙醇配制硅前驱体溶液，按照八水氧氯化锆与正硅酸乙酯的摩尔比为1:1-1:6，八水氧氯化锆与硼酸的摩尔比为1:1-1:4，八水氧氯化锆与葡萄糖的摩尔比为1:3-1:5的比例，将锆前驱体溶液、硼酸乙醇溶液、葡萄糖水溶液和硅前驱体溶液混合得到混合液，通过控制溶胶制备工艺的反应温度及反应时间，得到均一稳定的不同粘度的硼硅锆前驱体溶胶。

3.根据权利要求2所述原位自生SiC(nw,np)-ZrB₂-ZrC改性碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合液中还加入分散剂聚乙二醇600，聚乙二醇600与硅前驱体溶液中无水乙醇的体积比为0.0025:1-0.005:1。

4.根据权利要求2或3所述原位自生SiC(nw,np)-ZrB₂-ZrC改性碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述通过控制溶胶制备工艺的反应温度及反应时间，具体如下：

设定水浴加热的温度为30-50℃，反应时间为3-10h，即可得到低粘度的B-Si-Zr复合溶胶；

设定水浴加热的温度为40-60℃，反应时间为10-20h，即可得到中等粘度的B-Si-Zr复合溶胶；

设定水浴加热的温度为40-80℃，反应时间为15-30h，即可得到高粘度的B-Si-Zr复合溶胶。

5.根据权利要求1所述原位自生SiC(nw,np)-ZrB₂-ZrC改性碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，压力浸渍罐浸渍的碳/碳复合材料是密度小于0.8g/cm³的低密度碳/碳复合材料。

6.根据权利要求5所述原位自生SiC(nw,np)-ZrB₂-ZrC改性碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述低密度碳/碳复合材料是指沉积了热解碳层的3D针刺碳毡的复合材料。

7.根据权利要求1所述原位自生SiC(nw,np)-ZrB₂-ZrC改性碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，热处理采取分阶段保温的方式，即第一阶段5-10℃/min的速率升温至500-700，随后以5-10℃/min的速率升温至800-1000℃保温0.5-1.5h，第二阶段以2-5℃/min的速率升温至1000-1300℃保温0.5-2h，第三阶段以3-6℃/min的速率升温至1450-1600℃保温1-3h后降温至室温。