CN105130485B - 一种薄片状C/C‑SiC‑MoSi2陶瓷基复合材料的制备方法 - Google Patents
一种薄片状C/C‑SiC‑MoSi2陶瓷基复合材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105130485B CN105130485B CN201510541320.2A CN201510541320A CN105130485B CN 105130485 B CN105130485 B CN 105130485B CN 201510541320 A CN201510541320 A CN 201510541320A CN 105130485 B CN105130485 B CN 105130485B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sic
- mixture
- mosi
- preparation
- laminar
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910020968 MoSi2 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 17
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 title description 22
- 239000011153 ceramic matrix composite Substances 0.000 title description 18
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 82
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 32
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 32
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)molybdenum Chemical compound [Si]=[Mo]=[Si] YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910021343 molybdenum disilicide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 20
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 10
- HPNSNYBUADCFDR-UHFFFAOYSA-N chromafenozide Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C(=O)N(NC(=O)C=2C(=C3CCCOC3=CC=2)C)C(C)(C)C)=C1 HPNSNYBUADCFDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 79
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 54
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 229910016006 MoSi Inorganic materials 0.000 claims description 30
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 claims description 27
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 19
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 9
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 claims 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 abstract description 22
- 239000008103 glucose Substances 0.000 abstract description 22
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 abstract description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 description 20
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 19
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 9
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 7
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 229910026551 ZrC Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 5
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 5
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 5
- OTCHGXYCWNXDOA-UHFFFAOYSA-N [C].[Zr] Chemical compound [C].[Zr] OTCHGXYCWNXDOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000001652 electrophoretic deposition Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000000626 liquid-phase infiltration Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 2
- 229910003864 HfC Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- QFXZANXYUCUTQH-UHFFFAOYSA-N ethynol Chemical group OC#C QFXZANXYUCUTQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 239000011215 ultra-high-temperature ceramic Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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
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[Lei Liu,Hejun Li.Effect of surface ablation productson the ablation resistance of C/C–SiC composites under oxyacetylenetorch.Corrosion Science,2013,67:60-66、S.Singh,V.K.Srivastava.Effect ofoxidation on elastic modulus of C/C–SiC composites.Materials Science andEngineering A,2008,468:534-539.]、C/C-ZrC复合材料[Xue-Tao Shen, Ke-Zhi Li.Theeffect of zirconium carbide on ablation of carbon/carbon composites under anoxyacetylene flame.Corrosion Science,2011,53:105-112、Shen Xuetao,LiKezhi.Microstructure and ablation properties of zirconium carbide dopedcarbon/carbon composites.Carbon，2010，48：344-351、Chun-xuan Liu,Jian-xunChen.Pyrolysis mechanism of ZrC precursor and fabrication of C/C–ZrCcomposites by precursor infiltration and pyrolysis.Trans.NonferrousMet.Soc.China,2014,24:1779-1784.]、C/C-SiC-ZrC复合材料[Zhaoqian Li,HejunLi.Microstructure and ablation behaviors of integer felt reinforced C/C-SiC-ZrC composites prepared by a two-step method.Ceramics International,2012,38:3419–3425、Lei Zhuang,Qian-gang Fu.Effect of pre-oxidation treatment on thebonding strength and thermal shock resistance of SiC coating for C/C–ZrC–SiCcomposites.2015.]、C/C-HfC复合材料[Liang Xue,Zhe-an Su.Microstructure andablation behavior of C/C–HfC composites prepared by precursor infiltrationand pyrolysis.Corrosion Science.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,Effects of ablation at different regions in three-dimensional orthogonal C/SiC composites ablated by oxyacetylene at 1800C,J.Mater.Process Tech.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,Ablation properties of C/C–SiC composites tested on an arc heater,Solid State Sci.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[Se Young Kim,etal.Wear-mechanical properties offiller-added liquid silicon infiltration C/C–SiC composites Materials andDesign[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,Effect of reaction melt infiltration temperature on the ablationproperties of 2D C/C–SiC–ZrC composites,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 (8)
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；
所述碳纤维立体织物的密度为0.2～0.4g/cm3；
所述步骤4)和步骤6)中葡萄糖水溶液浓度为0.7～1mol/L。
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，所述圆片的直径为2～6cm，厚度为0.5～3cm。
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，所述反应釜的填充比控制在60％～70％。
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℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510541320.2A CN105130485B (zh) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | 一种薄片状C/C‑SiC‑MoSi2陶瓷基复合材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510541320.2A CN105130485B (zh) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | 一种薄片状C/C‑SiC‑MoSi2陶瓷基复合材料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105130485A CN105130485A (zh) | 2015-12-09 |
| CN105130485B true CN105130485B (zh) | 2017-04-05 |
Family
ID=54716131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510541320.2A Active CN105130485B (zh) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | 一种薄片状C/C‑SiC‑MoSi2陶瓷基复合材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105130485B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105669232B (zh) * | 2016-01-28 | 2018-06-26 | 陕西科技大学 | 一种SiC改性C/C-MoSi2复合材料的制备方法 |
| CN105669231B (zh) * | 2016-01-28 | 2018-06-26 | 陕西科技大学 | 一种碳纤维增强MoSi2-SiC陶瓷基复合材料的制备方法 |
| CN106064950B (zh) * | 2016-06-03 | 2018-06-22 | 陕西科技大学 | 一种快速制备C/C-MoSi2复合材料的方法 |
| CN106064949B (zh) * | 2016-06-03 | 2018-06-22 | 陕西科技大学 | 一种超声辅助微波水热法制备SiC改性C/C-MoSi2复合材料的方法 |
| CN109608218B (zh) * | 2019-01-28 | 2021-09-24 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种自愈合陶瓷基复合材料及其低温快速制备方法 |
| CN112500169A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-03-16 | 苏州宏久航空防热材料科技有限公司 | 一种连续电泳沉积改性碳纤维增强的多基体复合材料及其制备方法 |
-
2015
- 2015-08-28 CN CN201510541320.2A patent/CN105130485B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105130485A (zh) | 2015-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105130485B (zh) | 一种薄片状C/C‑SiC‑MoSi2陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| CN105237025B (zh) | 一种C/C‑SiC‑MoSi2陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| CN103044075B (zh) | 一种制备碳/碳复合材料MoSi2-ZrSiO4-SiC梯度复合外涂层的方法 | |
| CN101514473A (zh) | 一种阴极旋转水热电泳沉积制备硅酸钇涂层的方法 | |
| CN106083120A (zh) | 一种制备梯度结构C/C‑MoSi2‑SiC复合材料的方法 | |
| CN105198500B (zh) | 一种薄片状C/C‑MoSi2复合材料的制备方法 | |
| CN105777207B (zh) | 碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2SiO5复合涂层的制备方法 | |
| CN102674885A (zh) | 微波水热电泳电弧放电沉积制备碳/碳复合材料C-AlPO4外涂层的方法 | |
| CN102674901B (zh) | 一种碳/碳材料C-AlPO4-莫来石-MoSi2 复合外涂层的制备方法 | |
| CN111393186A (zh) | 一种激光辐照快速制备碳材料表面抗氧化纳米SiC涂层的方法 | |
| CN102674902B (zh) | 一种C-AlPO4-莫来石/玻璃层梯度复合抗氧化涂层的制备方法 | |
| CN105669231B (zh) | 一种碳纤维增强MoSi2-SiC陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| CN103601533B (zh) | 碳/碳复合材料HfB2抗氧化外涂层的制备方法 | |
| CN104130013B (zh) | 一种碳/碳复合材料SiC晶须增韧莫来石复合涂层的制备方法 | |
| CN105967756B (zh) | 一种碳/碳复合材料莫来石晶须增韧硅酸盐玻璃抗氧化涂层及其制备方法 | |
| CN101838157B (zh) | 碳/碳复合材料纳米碳化硅-莫来石复合外涂层的制备方法 | |
| CN104130019B (zh) | 碳/碳复合材料莫来石晶须增韧C-AlPO4-MoSi2复合涂层的制备方法 | |
| CN105967755B (zh) | 一种碳/碳复合材料莫来石晶须增韧莫来石抗氧化涂层及其制备方法 | |
| CN106083208A (zh) | 一种制备SiCN‑铪酸钇复合涂层的方法 | |
| CN104130021B (zh) | 一种碳/碳复合材料莫来石晶须增韧莫来石复合涂层的制备方法 | |
| CN105669232B (zh) | 一种SiC改性C/C-MoSi2复合材料的制备方法 | |
| CN105777208B (zh) | 一种采用碳/碳复合材料Yb2Si2O7晶须增韧Yb2Si2O7抗氧化涂层的制备方法 | |
| CN104130022B (zh) | 碳/碳复合材料ZrO2颗粒及SiC晶须协同增韧莫来石复合涂层的制备方法 | |
| CN104130016B (zh) | 一种碳/碳复合材料SiC纳米线增韧莫来石-SiC复合涂层的制备方法 | |
| CN106478153A (zh) | 一种碳/碳复合材料β‑Y2Si2O7纳米线增韧莫来石/硅酸盐玻璃涂层的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20201207 Address after: 233000 Xianghe Home Floor No.9, Xinhuai Road, Dongsheng Street, Longzihu District, Bengbu City, Anhui Province Patentee after: Bengbu Qibang Science and Technology Information Consulting Co.,Ltd. Address before: 233000 Room 1402, Ziyang Building, Pearl Plaza, Huaishang District, Bengbu City, Anhui Province Patentee before: Anhui Hanbang Technology Consulting Co.,Ltd. Effective date of registration: 20201207 Address after: 233000 Room 1402, Ziyang Building, Pearl Plaza, Huaishang District, Bengbu City, Anhui Province Patentee after: Anhui Hanbang Technology Consulting Co.,Ltd. Address before: 710021 Shaanxi province Xi'an Weiyang University Park No. 1 Patentee before: SHAANXI University OF SCIENCE & TECHNOLOGY |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220111 Address after: 535008 room A107, public service center, No. 1, Zhongma street, Zhongma Qinzhou Industrial Park, Qinzhou port area, China (Guangxi) pilot Free Trade Zone, Qinzhou City, Guangxi Zhuang Autonomous Region Patentee after: Guangxi Free Trade Zone Jianju Technology Co.,Ltd. Patentee after: Guangxi Qinbao Real Estate Co.,Ltd. Address before: 233000 No.9, 1st floor, Xianghe Jiayuan, Xinhuai Road, Dongsheng Street, Longzihu District, Bengbu City, Anhui Province Patentee before: Bengbu Qibang Science and Technology Information Consulting Co.,Ltd. |