CN105130485A - 一种薄片状C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的制备方法，将碳化硅粉体、二硅化钼粉体分散于异丙醇中并加入碘后搅拌均匀，得悬浮液A、B；将碳纤维立体织物采用水热渗透葡萄糖的方式提升密度，然后夹放于带有阴阳两电极的特制水热釜中，再放入烘箱中保温，进行水热电泳沉积，然后通过于在葡萄糖水溶液中重复均相水热至1.3～1.5g/cm³，再干燥后进行热处理。本发明制备的复合材料密度适中，结构致密，C/C与SiC界面，SiC与MoSi₂界面以及C/C与MoSi₂界面结合良好。本发明在低温下即可获得具有强度高且高温抗氧化性能良好的复合材料，并且本发明原料容易获得，制备工艺简单，操作简便，成本低。

Description

一种薄片状C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料的制备方法

技术领域

本发明属于C/C复合材料技术领域，涉及一种薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的制备方法。

背景技术

碳/碳(C/C)复合材料是目前唯一可以应用于2800℃的高温复合材料，由于具有非常优异的性能使得其在航空航天领域具有广阔的应用前景，比如热膨胀系数低、密度低、耐高温、耐烧蚀、高强度、高模量等优异性能，特别是在惰性气氛的2200℃以内条件下其强度和模量随温度升高而增加的优异性能。然而，C/C复合材料在超过370℃的有氧环境就会被氧化，氧化质量损失导致其强度下降，限制了其应用范围，尤其是在高温或者潮湿环境下的使用。因此，提高C/C复合材料的高温抗氧化性对于其应用十分关键。

一种有效的解决途径是向C/C复合材料中引入超高温陶瓷，比如SiC、ZrC、HfC等。利用陶瓷相对C/C复合材料起到保护作用，同时还不会降低C/C复合材料的各项性能，反而会提高在高温环境下的稳定性，扩大应用范围。目前研究较多的碳/碳-耐高温陶瓷复合材料主要有C/C-SiC复合材料[LeiLiu,HejunLi.EffectofsurfaceablationproductsontheablationresistanceofC/C–SiCcompositesunderoxyacetylenetorch.CorrosionScience,2013,67:60-66、S.Singh,V.K.Srivastava.EffectofoxidationonelasticmodulusofC/C–SiCcomposites.MaterialsScienceandEngineeringA,2008,468:534-539.]、C/C-ZrC复合材料[Xue-TaoShen,Ke-ZhiLi.Theeffectofzirconiumcarbideonablationofcarbon/carboncompositesunderanoxyacetyleneflame.CorrosionScience,2011,53:105-112、ShenXuetao,LiKezhi.Microstructureandablationpropertiesofzirconiumcarbidedopedcarbon/carboncomposites.Carbon，2010，48：344-351、Chun-xuanLiu,Jian-xunChen.PyrolysismechanismofZrCprecursorandfabricationofC/C–ZrCcompositesbyprecursorinfiltrationandpyrolysis.Trans.NonferrousMet.Soc.China,2014,24:1779-1784.]、C/C-SiC-ZrC复合材料[ZhaoqianLi,HejunLi.MicrostructureandablationbehaviorsofintegerfeltreinforcedC/C-SiC-ZrCcompositespreparedbyatwo-stepmethod.CeramicsInternational,2012,38:3419–3425、LeiZhuang,Qian-gangFu.Effectofpre-oxidationtreatmentonthebondingstrengthandthermalshockresistanceofSiCcoatingforC/C–ZrC–SiCcomposites.2015.]、C/C-HfC复合材料[LiangXue,Zhe-anSu.MicrostructureandablationbehaviorofC/C–HfCcompositespreparedbyprecursorinfiltrationandpyrolysis.CorrosionScience.2015]等。

除了上述的耐高温陶瓷材料之外，二硅化钼也可以作为耐高温材料引入C/C复合材料中，提高C/C在高温想的性能。MoSi₂作为一种金属间化合物同样具有十分优异的性能，是目前最具发展潜力的高温结构材料，可应用于1200℃以上。MoSi₂密度适中，具有高熔点高模量，具有极好的高温稳定性与高温抗氧化性，更重要的是二硅化钼在高温有氧环境下有缓蚀性，与氧气反应生成SiO₂保护层，SiO₂具有流动性，可以封填C/C复合材料的裂纹等缺陷阻止氧气进一步与内部C/C复合材料反应，从而对C/C复合材料起到了保护作用，能长时间在高温下使用。

为了解决C/C复合材料和MoSi₂界面问题，可以在抽滤MoSi₂悬浮液之前，可以在碳/碳基体中加入少量粒径与MoSi₂相近的SiC颗粒，因为SiC分别与C/C复合材料以及MoSi₂具有良好的相容性，因此可以提高复合材料的界面结合强度。

到目前止碳/碳-耐高温陶瓷复合材料的制备方法多种多样，主要有以下几种：先驱体浸渍热解法，化学气相渗透法，熔融渗硅法，反应熔融浸渍法，化学气相沉积法等。前驱体浸渍裂解法多次浸渍工艺周期长，易产生收缩裂纹，成本高[B.Yan,Z.F.Chen,J.X.Zhu,J.Z.Zhang,Y.Jiang,Effectsofablationatdifferentregionsinthree-dimensionalorthogonalC/SiCcompositesablatedbyoxyacetyleneat1800C,J.Mater.ProcessTech.209(2009)3438–3443.]，采用化学气相渗透法制备的复合材料基体致密化速度低，生产周期长，复合材料稳定性低[J.Yin,H.B.Zhang,X.Xiong,J.Zuo,H.J.Tao,AblationpropertiesofC/C–SiCcompositestestedonanarcheater,SolidStateSci.13(2011)2055–2059.]，采用熔融渗硅法制备的复合材料容易使纤维增强体强度下降，成本也过高[SeYoungKim,etal.Wear-mechanicalpropertiesoffiller-addedliquidsiliconinfiltrationC/C–SiCcompositesMaterialsandDesign[J],44(2013)107–113.]，而采用反应熔融浸渍法制备的复合材料对碳纤维损伤很大，造成复合材料力学性能偏低，断裂韧性差[Z.Q.Li,H.J.Li,S.Y.Zhang,J.Wang,W.Li,F.J.Sun,Effectofreactionmeltinfiltrationtemperatureontheablationpropertiesof2DC/C–SiC–ZrCcomposites,Corros.Sci.58(2012)12–19.]。而采用水热电泳沉积-均相水热方法制备碳/碳-耐高温陶瓷复合材料的方法还未见报道。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的制备方法，该方法制得的陶瓷基复合材料密度适中，结构致密，C/C与SiC界面，SiC与MoSi₂界面以及C/C与MoSi₂界面结合良好，并且高温抗氧化、抗烧蚀性能、摩擦磨损性能良好。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

1.一种薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将碳化硅粉体、二硅化钼粉体分别分散于异丙醇中得混合物A、混合物B，混合物A中碳化硅粉体浓度为15～25g/L，混合物B中二硅化钼浓度为35～45g/L；将混合物A、混合物B分别搅拌均匀，得到悬浮液A、悬浮液B；

2)向悬浮液A、悬浮液B中分别加入碘单质得混合物A₁、混合物B₁，混合物A₁、混合物B₁中碘单质的浓度均为5.0～6.0g/L，将混合物A₁、混合物B₁加热下搅拌均匀，得悬浮液A₂、悬浮液B₂；

3)将碳纤维立体织物切割成圆片；

4)将圆片置于葡萄糖水溶液中在180～220℃下进行均相水热处理6～8h，在碳纤维上沉积碳层，得到C/C试样；

5)将C/C试样夹放于水热釜中，该水热釜以石墨电极为阳极，夹放C/C试样的导电基体为阴极并且阴阳两极与恒流电源相应两极连接，将悬浮液A₂、悬浮液B₂倒入反应釜内衬中，然后在80～120℃下进行水热电泳沉积为30～50min，水热电泳沉积电压为100～200V，水热电泳电弧放电结束后自然冷却到室温，然后干燥；

6)将干燥后的试样放入葡萄糖水溶液中进行在180～220℃下进行均相水热处理6～8h，得到复合材料，重复均相水热处理直至复合材料的密度达到1.3～1.5g/cm³，然后干燥；

7)将步骤6)干燥的试样，在1400～1600℃下热处理1～3h，得到薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料。

所述步骤1)中搅拌前进行超声震荡30～60min；搅拌的时间为2～4h。

所述碳化硅粉体的平均粒径控制在0.5～1μm。

所述二硅化钼粉体的平均粒径控制在1～3μm。

所述加热的温度为80℃。

所述碳纤维立体织物的密度为0.2～0.4g/cm³。

所述圆片的直径为2～6cm，厚度为0.5～3cm。

所述反应釜的填充比控制在60％～70％。

所述步骤4)和步骤6)中葡萄糖水溶液浓度为0.7～1mol/L。

所述步骤5)和步骤6)中干燥是在电热鼓风干燥箱中进行的，并且干燥的温度为60～80℃，时间为2～4h。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明利用水热电泳沉积-均相水热沉积方法的特点，首先通过在水热超临界环境下加快悬浮颗粒的沉积速率，对体系提供压力为定向驱动力使得悬浮颗粒能迅速渗透到低密度C/C复合材料内部，而且，外加电压的存在使悬浮颗粒在沉积过程中反应更完全和充分，在电场中带电的悬浮颗粒能够定向运动，可以控制颗粒的运动速度和方向，提高沉积速率和渗透深度。均相水热法同样简单有效，浓度适中的葡萄糖溶液在亚临界和超临界水热条件下，碳化热解还原以提高复合材料密度，以及提高陶瓷基体与碳纤维的界面结合。并且以葡萄糖为原材料，环保、成本低廉，反应产物环境友好无污染，采用水热合成方法具有反应时间短，温度低、效率高、节能环保等特点。

后期对复合材料的热处理时间短而且有效，能使得生物碳碳化，而且由于碳纤维外沉积的生物碳层，因而不会对碳纤维有太多的热损伤，热处能提高碳纤维与碳及二硅化钼的结合强度；并使得碳毡中存在的闭气孔变为开气孔，有利于后续过程进一步提高复合材料密度。

本发明制备的C/C-SiC-MoSi₂复合材料密度适中，结构致密，C/C与SiC界面，SiC与MoSi₂界面以及C/C与MoSi₂界面结合良好。本发明在低温下即可获得具有强度高并且高温抗氧化、抗烧蚀性能、摩擦磨损性能良好的C/C-SiC-MoSi₂复合材料。本发明原料容易获得，制备工艺简单，操作简便，成本低，环境友好无污染。

本发明所制得的薄片复合材料尺寸可以作为抗烧蚀结构材料、高温摩擦片材料，具有一定的应用价值。本发明制备出致密的C/C-SiC-MoSi₂复合材料，有望提高C/C复合材料在高温条件下的力学性能，有望取得C/C复合材料高温抗氧化、抗烧蚀性能的新突破，对拓展C/C复合材料在高温领域的应用具有重要意义。

附图说明

图1为实施例1制备的薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的XRD图；

图2为实施例1制备的薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的表面SEM图；

图3为实施例1制备的薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的断面SEM图。

图4为实施例1制备的薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的断面Mo元素EDS图

图5为实施例1制备的薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的断面Si元素EDS图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

实施例1：

1)将碳化硅粉体、二硅化钼粉体分别分散于异丙醇中得混合物A、混合物B，混合物A中碳化硅粉体浓度为15g/L，混合物B中二硅化钼浓度为35g/L。将混合物A、混合物B超声(超声功率为800W)震荡60min，然后磁力搅拌3h得到悬浮液A、悬浮液B；

2)向悬浮液A、悬浮液B中分别加入碘单质得混合物A₁、混合物B₁，混合物A₁、混合物B₁中碘单质的浓度均为5.0g/L，将混合物A₁、混合物B₁边加热到80℃边磁力搅拌3h，得悬浮液A₂、悬浮液B₂；

3)将密度为0.2g/cm³的碳纤维立体织物(生产厂家：江苏天鸟高新技术股份有限公司)切割成直径为3cm，厚度为0.5cm的圆片；

4)将圆片置于0.7mol/L的葡萄糖溶液中于190℃下进行均相水热处理8h，在碳纤维上沉积碳层，对纤维起到保护作用，并提升一定密度，得到C/C试样；

5)将步骤4)制备的C/C试样夹放于特制水热釜中，该装置以石墨电极为阳极，夹放C/C试样的导电基体为阴极并且阴阳两极与恒流电源相应两极连接。将悬浮液A₂、悬浮液B₂倒入反应釜内衬中填充比控制在70％，然后放入温度为80℃的烘箱中保温，水热电泳沉积时间为30min，水热电泳沉积电压为100V，水热电泳电弧放电结束后自然冷却到室温；

6)打开水热釜，取出试样，然后将其放入电热鼓风干燥箱中在60℃下干燥2h；

7)试样干燥后放入0.7～1mol/L的葡萄糖水溶液中在190℃下进行均相水热处理8h，得到复合材料，进一步提高复合材料密度，重复水热处理直至复合材料的密度达到1.30g/cm³；

8)打开均相水热釜并取出试样，将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在80℃下干燥4h。

9)将干燥后的试样置于真空炉中，在氩气保护下于1550℃下热处理2h，得到薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料。

由图1可看出本发明制备的C/C-MoSi₂复合材料的主要成分为SiC和MoSi₂，其中5～30度的这一弥散的峰型为C特征峰，由图2可看出本发明制备C/C-SiC-MoSi₂复合材料表面较为致密，并没有过多裂纹和孔洞，均匀而平整，由图3、图4和图5可以看出本发明C/C-SiC-MoSi₂复合材料纤维与基体结合较好，EDS结果表明SiC以及MoSi₂已经渗入C/C基体内部。

实施例2：

1)将碳化硅粉体、二硅化钼粉体分散于异丙醇中得混合物A、B，混合物A中碳化硅粉体浓度为20g/L，混合物B中二硅化钼浓度为30g/L。将混合物A、B超声(超声功率为800W)震荡60min，然后磁力搅拌3h得到悬浮液A、B；

2)向悬浮液A、B中分别加入碘单质得混合物A₁、B₁，混合物A₁、B₁中碘单质的浓度为5.5g/L，将混合物A₁、B₁边加热到80℃边磁力搅拌3h，得悬浮液A₂、B₂；

3)将密度为0.3g/cm³的碳纤维立体织物(生产厂家：江苏天鸟高新技术股份有限公司)切割成直径为4cm，厚度为1cm的圆片；

4)将圆片置于1mol/L的葡萄糖溶液中进行180℃均相水热处理8h，在碳纤维上沉积碳层，对纤维起到保护作用，并提升一定密度，得到C/C试样；

5)将步骤4)制备的C/C试样夹放于特制水热釜中，该装置以石墨电极为阳极，夹放C/C试样的导电基体为阴极并且阴阳两极与恒流电源相应两极连接。将悬浮液A₂、悬浮液B₂倒入反应釜内衬中填充比控制在60％，然后放入温度为120℃的烘箱中保温，水热电泳沉积时间为40min，水热电泳沉积电压为120V，水热电泳电弧放电结束后自然冷却到室温；

6)打开水热釜，取出试样，然后将其放入电热鼓风干燥箱中在80℃下干燥2h；

7)试样干燥后放入1mol/L的葡萄糖水溶液中在180℃下进行均相水热处理8h，得到复合材料，进一步提高复合材料密度，重复水热处理直至复合材料的密度达到1.39g/cm³；

8)打开均相水热釜并取出试样，将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在80℃下干燥6h。

9)将干燥后的试样置于真空炉中，在氩气保护下于1450℃下热处理1.5h，得到薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料。

实施例3：

1)将碳化硅粉体、二硅化钼粉体分散于异丙醇中得混合物A、B，混合物A中碳化硅粉体浓度为20g/L，混合物B中二硅化钼浓度为35g/L。将混合物A、B超声震荡60min，然后磁力搅拌4h得到悬浮液A、B；

2)向悬浮液A、B中分别加入碘单质得混合物A₁、B₁，混合物A₁、B₁中碘单质的浓度为6g/L，将混合物A₁、B₁边加热到80℃边磁力搅拌4h，得悬浮液A₂、B₂；

3)将密度为0.4g/cm³的碳纤维立体织物切割成直径为5cm，厚度为1cm的圆片；

4)将圆片置于0.8mol/L的葡萄糖溶液中进行180℃均相水热处理7h，在碳纤维上沉积碳层，对纤维起到保护作用，并提升一定密度，得到C/C试样；

5)将步骤4)制备的C/C试样夹放于特制水热釜中，该装置以石墨电极为阳极，夹放C/C试样的导电基体为阴极并且阴阳两极与恒流电源相应两极连接。将悬浮液A₂、悬浮液B₂倒入反应釜内衬中填充比控制在70％，然后放入温度为100℃的烘箱中保温，水热电泳沉积时间为33min，水热电泳沉积电压为150V，水热电泳电弧放电结束后自然冷却到室温；

6)打开水热釜，取出试样，然后将其放入电热鼓风干燥箱中在80℃下干燥4h；

7)试样干燥后放入0.8mol/L的葡萄糖水溶液中在180℃下进行均相水热处理7h，得到复合材料，进一步提高复合材料密度，重复水热处理直至复合材料密度达到1.34g/cm³；

8)打开均相水热釜并取出试样，将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在80℃下干燥6h。

9)将干燥后的试样置于真空炉中，在氩气保护下于1500℃下热处理2h，得到薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料。

实施例4：

1)将碳化硅粉体、二硅化钼粉体分散于异丙醇中得混合物A、B，混合物A中碳化硅粉体浓度为15g/L，混合物B中二硅化钼浓度为30g/L。将混合物A、B超声震荡60min，然后磁力搅拌3h得到悬浮液A、B；

2)向悬浮液A、B中分别加入碘单质得混合物A₁、B₁，混合物A₁、B₁中碘单质的浓度为5g/L，将混合物A₁、B₁边加热到80℃边磁力搅拌3h，得悬浮液A₂、B₂；

3)将密度为0.2g/cm³的碳纤维立体织物切割成直径为3cm，厚度为1cm的圆片；

4)将圆片置于0.9mol/L的葡萄糖溶液中进行200℃均相水热处理6h，在碳纤维上沉积碳层，对纤维起到保护作用，并提升一定密度，得到C/C试样；

5)将步骤4)制备的C/C试样夹放于特制水热釜中，该装置以石墨电极为阳极，夹放C/C试样的导电基体为阴极并且阴阳两极与恒流电源相应两极连接。将悬浮液A₂、悬浮液B₂倒入反应釜内衬中填充比控制在70％，然后放入温度为100℃的烘箱中保温，水热电泳沉积时间为35min，水热电泳沉积电压为180V，水热电泳电弧放电结束后自然冷却到室温；

6)打开水热釜，取出试样，然后将其放入电热鼓风干燥箱中在80℃下干燥4h；

7)试样干燥后放入0.9mol/L的葡萄糖水溶液中在200℃下进行均相水热处理6h，得到复合材料，进一步提高复合材料密度，重复水热处理直至复合材料的密度达到1.41g/cm³；

8)打开均相水热釜并取出试样，将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在80℃下干燥6h。

9)将干燥后的试样置于真空炉中，在氩气保护下于1600℃下热处理1h，得到薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料。

实施例5：

1)将碳化硅粉体、二硅化钼粉体分散于异丙醇中得混合物A、B，混合物A中碳化硅粉体浓度为25g/L，混合物B中二硅化钼浓度为35g/L。将混合物A、B超声震荡60min，然后磁力搅拌4h得到悬浮液A、B；

2)向悬浮液A、B中分别加入碘单质得混合物A₁、B₁，混合物A₁、B₁中碘单质的浓度为6g/L，将混合物A₁、B₁边加热到80℃边磁力搅拌4h，得悬浮液A₂、B₂；

3)将密度为0.3g/cm³的碳纤维立体织物切割成直径为4cm，厚度为0.5cm的圆片；

4)将圆片置于1mol/L的葡萄糖溶液中进行180℃均相水热处理6h，在碳纤维上沉积碳层，对纤维起到保护作用，并提升一定密度，得到C/C试样；

5)将步骤4)制备的C/C试样夹放于特制水热釜中，该装置以石墨电极为阳极，夹放C/C试样的导电基体为阴极并且阴阳两极与恒流电源相应两极连接。将悬浮液A₂、悬浮液B₂倒入反应釜内衬中，且填充比控制在70％，然后放入温度为120℃的烘箱中保温，水热电泳沉积时间为30min，水热电泳沉积电压为200V，水热电泳电弧放电结束后自然冷却到室温；

6)打开水热釜，取出试样，然后将其放入电热鼓风干燥箱中在80℃下干燥4h；

7)试样干燥后放入1mol/L的葡萄糖水溶液中在220℃下进行均相水热处理6h，得到复合材料，进一步提高复合材料密度，重复水热处理直至复合材料的密度达到1.35g/cm³；

8)打开均相水热釜并取出试样，将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在80℃下干燥6h。

9)将干燥后的试样置于真空炉中，在氩气保护下于1550℃下热处理3h，得到薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料。

实施例6

1)将碳化硅粉体、二硅化钼粉体分别分散于异丙醇中得混合物A、混合物B，混合物A中碳化硅粉体浓度为15g/L，混合物B中二硅化钼浓度为45g/L；将混合物A、B超声震荡60min，然后磁力搅拌2h，得到悬浮液A、B；

2)向悬浮液A、悬浮液B中分别加入碘单质得混合物A₁、混合物B₁，混合物A₁、混合物B₁中碘单质的浓度均为5.0g/L，将混合物A₁、混合物B₁加热到80℃边搅拌4h，得悬浮液A₂、悬浮液B₂；

3)将密度为0.2g/cm³的碳纤维立体织物切割成直径为2cm，厚度为3cm的圆片；

4)将圆片置于1mol/L的葡萄糖水溶液中在220℃下进行均相水热处理6h，在碳纤维上沉积碳层，得到C/C试样；

5)将C/C试样夹放于水热釜中，该水热釜以石墨电极为阳极，夹放C/C试样的导电基体为阴极并且阴阳两极与恒流电源相应两极连接，将悬浮液A₂、悬浮液B₂倒入反应釜内衬中，且填充比控制在65％，然后在90℃下进行水热电泳沉积为50min，水热电泳沉积电压为160V，水热电泳电弧放电结束后自然冷却到室温，然后在电热鼓风干燥箱中在70℃下干燥3h；

6)将干燥后的试样放入1mol/L的葡萄糖水溶液中进行在220℃下进行均相水热处理6h，得到复合材料，重复均相水热处理直至复合材料的密度达到1.5g/cm³，然后在电热鼓风干燥箱中并在60℃下干燥4h。

7)将步骤6)干燥的试样，在1400℃下热处理3h，得到薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料。

实施例7

1)将碳化硅粉体、二硅化钼粉体分别分散于异丙醇中得混合物A、混合物B，混合物A中碳化硅粉体浓度为20g/L，混合物B中二硅化钼浓度为40g/L；将混合物A、B超声震荡40min，然后磁力搅拌3h，得到悬浮液A、B；

2)向悬浮液A、悬浮液B中分别加入碘单质得混合物A₁、混合物B₁，混合物A₁、混合物B₁中碘单质的浓度均为6.0g/L，将混合物A₁、混合物B₁加热到80℃边搅拌4h，得悬浮液A₂、悬浮液B₂；

3)将密度为0.4g/cm³的碳纤维立体织物切割成直径为6cm，厚度为2cm的圆片；

4)将圆片置于1mol/L的葡萄糖水溶液中在210℃下进行均相水热处理7h，在碳纤维上沉积碳层，得到C/C试样；

5)将C/C试样夹放于水热釜中，该水热釜以石墨电极为阳极，夹放C/C试样的导电基体为阴极并且阴阳两极与恒流电源相应两极连接，将悬浮液A₂、悬浮液B₂倒入反应釜内衬中，且填充比控制在60％，然后在100℃下进行水热电泳沉积为45min，水热电泳沉积电压为100V，水热电泳电弧放电结束后自然冷却到室温，然后在电热鼓风干燥箱中在65℃下干燥3.5h；

6)将干燥后的试样放入1mol/L的葡萄糖水溶液中进行在210℃下进行均相水热处理7h，得到复合材料，重复均相水热处理直至复合材料的密度达到1.3g/cm³，然后在电热鼓风干燥箱中并在70℃下干燥5h。

7)将步骤6)干燥的试样，在1600℃下热处理1h，得到薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料。

本发明中在碳纤维立体织物上沉积碳，得到的C/C试样的密度范围是0.2～0.5g/cm3；由于沉积碳，C/C试样的密度略大于碳纤维立体织物的密度。

本发明利用水热电泳沉积-均相水热沉积方法的特点，首先通过在水热超临界环境下加快悬浮颗粒的沉积速率，对体系提供压力为定向驱动力使得悬浮颗粒能迅速渗透到低密度C/C复合材料内部，而且，外加电压的存在使悬浮颗粒在沉积过程中反应更完全和充分，在电场中带电的悬浮颗粒能够定向运动，可以控制颗粒的运动速度和方向，提高沉积速率和渗透深度。均相水热法同样简单有效，浓度适中的葡萄糖溶液在亚临界和超临界水热条件下，碳化热解还原以提高复合材料密度，以及提高陶瓷基体与碳纤维的界面结合。并且以葡萄糖为原材料，环保、成本低廉，反应产物环境友好无污染，采用水热合成方法具有反应时间短，温度低、效率高、节能环保等特点。

后期对复合材料的热处理时间短而且有效，能使得生物碳碳化，而且由于碳纤维外沉积的生物碳层，因而不会对碳纤维有太多的热损伤，热处能提高碳纤维与碳及二硅化钼的结合强度；并使得碳毡中存在的闭气孔变为开气孔，有利于后续过程进一步提高复合材料密度。

本发明所设计的薄片复合材料尺寸可以作为抗烧蚀结构材料、高温摩擦片材料，具有一定的应用价值。

本发明制备出致密的C/C-SiC-MoSi₂复合材料，有望提高C/C复合材料在高温条件下的力学性能，有望取得C/C复合材料高温抗氧化、抗烧蚀性能的新突破，对拓展C/C复合材料在高温领域的应用具有重要意义。

Claims (10)

1.一种薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将碳化硅粉体、二硅化钼粉体分别分散于异丙醇中得混合物A、混合物B，混合物A中碳化硅粉体浓度为15～25g/L，混合物B中二硅化钼浓度为30～45g/L；将混合物A、混合物B分别搅拌均匀，得到悬浮液A、悬浮液B；

2)向悬浮液A、悬浮液B中分别加入碘单质得混合物A₁、混合物B₁，混合物A₁、混合物B₁中碘单质的浓度均为5.0～6.0g/L，将混合物A₁、混合物B₁加热下搅拌均匀，得悬浮液A₂、悬浮液B₂；

3)将碳纤维立体织物切割成圆片；

4)将圆片置于葡萄糖水溶液中在180～220℃下进行均相水热处理6～8h，在碳纤维上沉积碳层，得到C/C试样；

5)将C/C试样夹放于水热釜中，该水热釜以石墨电极为阳极，夹放C/C试样的导电基体为阴极并且阴阳两极与恒流电源相应两极连接，将悬浮液A₂、悬浮液B₂倒入反应釜内衬中，然后在80～120℃下进行水热电泳沉积为30～50min，水热电泳沉积电压为100～200V，水热电泳电弧放电结束后自然冷却到室温，然后干燥；

6)将干燥后的试样放入葡萄糖水溶液中进行在180～220℃下进行均相水热处理6～8h，得到复合材料，重复均相水热处理直至复合材料的密度达到1.3～1.5g/cm³，然后干燥；

7)将步骤6)干燥的试样，在1400～1600℃下热处理1～3h，得到薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中搅拌前进行超声震荡30～60min；搅拌的时间为2～4h。

3.根据权利要求1所述的一种薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳化硅粉体的平均粒径控制在0.5～1μm。

4.根据权利要求1所述的一种薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述二硅化钼粉体的平均粒径控制在1～3μm。

5.根据权利要求1所述的一种薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为80℃。

6.根据权利要求1所述的一种薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维立体织物的密度为0.2～0.4g/cm³。

7.根据权利要求1所述的一种薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述圆片的直径为2～6cm，厚度为0.5～3cm。

8.根据权利要求1所述的一种薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述反应釜的填充比控制在60％～70％。

9.根据权利要求1所述的一种薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4)和步骤6)中葡萄糖水溶液浓度为0.7～1mol/L。

10.根据权利要求1所述的一种薄片状C/C-SiC-MoSi₂陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5)和步骤6)中干燥是在电热鼓风干燥箱中进行的，并且干燥的温度为60～80℃。