CN103722785B - 一种多孔c/c为内衬的轻质防氧化材料结构的制备方法 - Google Patents
一种多孔c/c为内衬的轻质防氧化材料结构的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种多孔C/C为内衬的轻质防氧化材料结构制备方法。以石墨作为内衬，在其表面缠绕或编织C纤维形成预制件，以甲烷或天然气作为碳的气源，氢气或氩气作为稀释气体和载气，将上述C纤维预制件放入沉积炉中沉积热解C基体，除去石墨芯，得到多孔C/C预制体，并对多孔体进行超声波振荡清洗，然后烘干直到质量不再变化，在预制体表面缠绕碳布或C预浸布，沉积一薄层热解C界面，采用CVI法制备SiC基体，最后CVD制备SiC涂层。采用化学气相渗透过程中对纤维骨架没有损坏，保证了复合材料的完整性与强度，CVD得到的SiC涂层对内衬C/C复合材料去氧化保护作用，得到的复合材料组织均匀，质量轻质化。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷基复合材料的制备方法，特别是涉及一种多孔C/C为内衬的轻质防氧化材料结构的制备方法。
背景技术
碳/碳(以下简称C/C)复合材料因其具有低密度及优异的高温力学性能，特别是高温下力学性能不降反升的特性，使其成为先进飞行器的热结构件的首选材料。然而，C/C复合材料高温下极易氧化，氧化会使其孔隙增大、结构弱化、导致强度和其他机械性能的迅速降低，并且氧化失重1％，其强度下降达10％。因此，C/C复合材料的防氧化问题是实现其实际应用的瓶颈。为此通过综合碳纤维优异的力学性能与陶瓷基体良好的热、化学稳定性，制备出一种将热防护、结构承载和抗氧化相结合的新型功能一体化复合材料。
申请号为201110237500.3的中国专利公开了一种炭/炭复合材料SiC/ZrB2-SiC/SiC涂层及其制备方法。包括内涂层、外涂层和中间涂层，内涂层的厚度为20～50μm，外涂层的厚度为30～80μm，中间涂层的厚度为50～80μm。通过包埋发法制备SiC内涂层，降低中间层ZrB2-SiC与C/C复合材料的热应力。通过超音速等离子喷涂制备ZrB2-SiC中间层，ZrB2-SiC为C/C复合材料提供良好的高温烧蚀、中低温抗氧化及隔热性能。通过沉积法制备SiC外涂层，有效愈合涂层表面缺陷，阻止氧气的渗入，为C/C复合材料提供良好的高温氧化保护。同时在中低温氧化过程中，ZrB2的氧化产物B203可有效愈合涂层中的缺陷，为涂层试样提供良好的中温氧化保护。
申请号为200910022719.4的中国专利公开了一种碳/碳复合材料防氧化涂层的制备方法，将经过处理的C/C复合材料包埋于粉料中，放入石墨坩埚内，在1800～2200℃进行1～3小时处理，利用超音速等离子喷涂设备将MoSi2粉料喷涂到具有SiC过渡层的C/C复合材料表面，将制备有SiC/MoSi2涂层的C/C复合材料放入高温炉内，在1200～1400℃进行热处理2～6小时。该方法制备得到的C/C复合材料在1650℃以上静态空气中防氧化时间由现有技术的200小时提高到300～400小时。
上述两种制备方法制备C/C复合材料抗氧化层，容易损伤到C/C复合材料的碳纤维骨架，导致材料的强度降低，结构弱化。
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，提供一种多孔C/C为内衬的轻质防氧化材料结构的制备方法。其特征在于所述的多孔C/C为内衬的轻质防氧化材料结构为空心圆管状，多孔C/C复合材料为内衬，C/SiC复合材料外壳完全覆盖在其表面，多孔C/C复合材料中基体C与C/SiC复合材料中C纤维有一层热解C界面或ZrO2、BN界面，C/SiC复合材料正面有一层SiC涂层。以石墨作为内衬，在其表面缠绕或编织C纤维形成预制件，并在预制件上沉积热解C形成多孔C/C预制体，去除石墨芯，在预制体表面缠绕碳布或C预浸布，沉积一薄层热解C界面，CVI法制备SiC基体，最后CVD制备SiC涂层。其特征在于包括以下顺序的制备步骤：
(1)以石墨作为内衬，在其表面缠绕或编织C纤维形成预制件；
(2)以甲烷或天然气作为碳的气源，氢气或氩气作为稀释气体和载气，将上述C纤维预制件放入沉积炉中沉积热解C基体，升温速率为8～10℃/min，沉积温度为950～1500℃，沉积时间为100～300h；
(3)除去石墨芯，得到多孔C/C预制体，并对多孔体进行超声波振荡清洗2～4次，然后在80～120℃烘箱中烘2～4h，直到质量不再变化；
(4)在预制体表面缠绕碳布或C预浸布，沉积一薄层热解C界面；
(5)采用CVI法制备SiC基体，以三氯甲基硅烷作为SiC的气源，以氢气或氩气作为稀释气体和载气，进行碳气相渗透碳化硅，CVI温度为1000～1300℃，时间为100～300h；
(6)最后CVD制备SiC涂层，以三氯甲基硅烷作为SiC的气源，以氢气或氩气作为稀释气体和载气，进行碳化硅沉积，沉积温度为1000～1300℃，沉积时间为30～45h。
本发明具有的优点：①采用化学气相渗透过程中对纤维骨架没有损坏，保证了复合材料的完整性与强度；②CVD得到的SiC涂层对内衬C/C复合材料去氧化保护作用；③得到的复合材料组织均匀，质量轻质化。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
(1)以石墨作为内衬，在其表面缠绕或编织C纤维形成预制件；
(2)以甲烷或天然气作为碳的气源，氢气或氩气作为稀释气体和载气，将上述C纤维预制件放入沉积炉中沉积热解C基体，升温速率为8℃/min，沉积温度1200℃，沉积时间为200h；
(3)除去石墨芯，得到多孔C/C预制体，并对多孔体进行超声波振荡清洗3次，然后在100℃烘箱中烘2h，直到质量不再变化；
(4)在预制体表面缠绕碳布或C预浸布，沉积一薄层热解C界面；
(5)采用CVI法制备SiC基体，以三氯甲基硅烷作为SiC的气源，以氢气或氩气作为稀释气体和载气，进行碳气相渗透碳化硅，CVI温度为1100℃，时间为200h；
(6)最后CVD制备SiC涂层，以三氯甲基硅烷作为SiC的气源，以氢气或氩气作为稀释气体和载气，进行碳化硅沉积，沉积温度为1100℃，沉积时间为35h。
实施例2
(1)以石墨作为内衬，在其表面缠绕或编织C纤维形成预制件；
(2)以甲烷或天然气作为碳的气源，氢气或氩气作为稀释气体和载气，将上述C纤维预制件放入沉积炉中沉积热解C基体，升温速率为10℃/min，沉积温度为1300℃，沉积时间为300h；
(3)除去石墨芯，得到多孔C/C预制体，并对多孔体进行超声波振荡清洗4次，然后在120℃烘箱中烘3h，直到质量不再变化；
(4)在预制体表面缠绕碳布或C预浸布，沉积一薄层热解C界面；
(5)采用CVI法制备SiC基体，以三氯甲基硅烷作为SiC的气源，以氢气或氩气作为稀释气体和载气，进行碳气相渗透碳化硅，CVI温度为1300℃，时间为250h；
(6)最后CVD制备SiC涂层，以三氯甲基硅烷作为SiC的气源，以氢气或氩气作为稀释气体和载气，进行碳化硅沉积，沉积温度为1200℃，沉积时间为40h。
上述仅为本发明的两个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (1)
1.一种多孔C/C为内衬的轻质防氧化材料结构的制备方法，其特征在于包括以下顺序的制备步骤：
(1)以石墨作为内衬，在其表面缠绕或编织C纤维形成预制件；
(2)以甲烷或天然气作为碳的气源，氢气或氩气作为稀释气体和载气，将上述C纤维预制件放入沉积炉中沉积热解C基体，升温速率为8～10℃/min，沉积温度为950～1500℃，沉积时间为100～300h；
(3)除去石墨芯，得到多孔C/C预制体，并对多孔体进行超声波振荡清洗2～4次，然后在80～120℃烘箱中烘2～4h，直到质量不再变化；
(4)在预制体表面缠绕碳布或C预浸布，沉积一薄层热解C界面；
(5)采用CVI法制备SiC基体，以三氯甲基硅烷作为SiC的气源，以氢气或氩气作为稀释气体和载气，进行碳气相渗透碳化硅，CVI温度为1000～1300℃，时间为100～300h；
(6)最后CVD制备SiC涂层，以三氯甲基硅烷作为SiC的气源，以氢气或氩气作为稀释气体和载气，进行碳化硅沉积，沉积温度为1000～1300℃，沉积时间为30～45h。
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