CN105237025B - 一种C/C‑SiC‑MoSi2陶瓷基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种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后超声震荡、搅拌得悬浮液A、悬浮液B；将低密度碳纤维立体织物采用水热渗透葡萄糖的方式提升密度，然后放置于玻璃砂芯抽滤装置中，将悬浮液A、B先后倒入抽滤平底漏斗，使得悬浮液全部透过C/C复合材料。在进行均相水热反应直至1.2～1.5g/cm3，最后经过热处理，得到C/C‑SiC‑MoSi2陶瓷基复合材料。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。
Description
技术领域
本发明属于C/C复合材料技术领域，涉及一种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.]。而采用真空抽滤-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C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料的制备方法，该方法制得的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，并且具有强度高并且摩擦磨损性能优异、高温抗氧化、抗烧蚀性能良好的特点。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将碳化硅粉体分散于异丙醇中得混合物A，混合物A中碳化硅粉体浓度为15～25g/L；将二硅化钼粉体分散于异丙醇中得混合物B，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)将碳纤维立体织物切割成圆片；
3)将圆片置于葡萄糖溶液中于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；
4)将C/C试样平放于玻璃砂芯抽滤装置内，然后将悬浮液A、悬浮液B倒入真空抽滤平底漏斗中，进行抽滤；
5)将步骤4)抽滤后的试样干燥；
6)将步骤5)干燥后的试样放入葡萄糖水溶液中在180～220℃下进行均相水热处理8～12h，得到复合材料，并重复均相水热处理直至复合材料的密度达到1.2～1.5g/cm3，然后干燥；
7)将步骤6)干燥后的试样在氩气保护下，于1400～1600℃下热处理1～2h，得到C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料。
所述步骤1)中碳化硅粉体的平均粒径控制在0.5～1μm。
所述步骤1)中二硅化钼粉体的平均粒径控制在1～3μm。
所述步骤1)中搅拌之前先超声震荡30～60min。
所述步骤2)中圆片的直径为2～6cm，厚度为0.5～3cm。
所述步骤2)中碳纤维立体织物的密度为0.2～0.4g/cm3。
所述步骤3)中C/C试样的密度为0.2～0.5g/cm3。
所述步骤3)及步骤6)中葡萄糖溶液浓度为0.7～1mol/L。
所述步骤4)中，抽滤通过真空泵进行，真空泵抽气压到-0.09～-0.1MPa，抽气量为8～10L/min，功率为180W，频率50Hz，电压为220V。
所述步骤5)、步骤6)中干燥是在电热鼓风干燥箱中进行的，且干燥的温度为60～100℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明利用真空抽滤-均相水热沉积方法，首先通过真空抽滤设备这一简单的实验装置使得SiC、MoSi2颗粒渗入沉积到低密度碳/碳复合材料中，避免了前驱体浸渍裂解等方法较长的制备工艺以及高温对碳纤维的损伤，同时，由于抽滤的特点可以得到具有梯度结构的复合材料，梯度复合材料能提高粘结强度，减少不同材料之间的残余应力和裂纹驱动力，并且消 除界面交叉点，大大降低了工艺难度和成本。浓度适中的葡萄糖溶液在亚临界和超临界条件下，通过水热渗透葡萄糖的方式，再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摩擦磨损性能优异、高温抗氧化、抗烧蚀性能良好的C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料。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、有梯度结构的C/C-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C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料的断面SEM。
图4为实施例1制备的薄片C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料的断面的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)选市售二硅化钼粉体(经过干法球磨24h，平均粒径控制在1～3μm)，碳化硅粉体(经过干法球磨15h，平均粒径控制在0.5～1μm)，异丙醇(纯度≥99.8％)，葡萄糖(纯度≥99％)为原料；
2)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分别超声(超声功率为800W)震荡30min，然后磁力搅拌2h，得到悬浮液A、悬浮液B；
3)将密度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0.75mol/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试样平放于玻璃砂芯抽滤装置内，然后将悬浮液A、悬浮液B先后倒入真空抽滤平底漏斗中，进行抽滤，真空泵抽气压到-0.1MPa，抽气量为8L/min，功率为180W，频率50Hz，电压为220V；
6)将抽滤后的试样电热鼓风干燥箱中并在60℃下干燥2h。
7)将干燥后的试样放入浓度为0.75mol/L的葡萄糖溶液中，在180℃进行均相水热处理8h，进一步提高复合材料密度，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1.21g/cm3；
8)打开水热釜并取出试样，将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在100℃下干燥3h。
9)将步骤8)干燥后的试样置于真空炉中，在氩气保护下于1500℃下热处理1.5h，得到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15～30度的弥散性非晶衍射峰为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可以看出本发明C/C-SiC-MoSi2复合材料纤维与基体结合较好，其中图4为扫描图片中1点的EDS可以证明白色颗粒为二硅化钼。
实施例2：
1)选市售二硅化钼粉体(经过干法球磨24h，平均粒径控制在1～3μm)，碳化硅粉体(经过干法球磨15h，平均粒径控制在0.5～1μm)，异丙醇(纯度≥99.8％)，葡萄糖(纯度≥99％)为原料；
2)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、混合物B分别超声震荡40min，然后磁力搅拌3h，得到悬浮液A、悬浮液B；
3)将密度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4cm，厚度为1cm的圆片；
4)将圆片置于1mol/L的葡萄糖溶液中于180℃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试样平放于玻璃砂芯抽滤装置内，然后将悬浮液A、悬浮液B先后倒入真空抽滤平底漏斗中，进行抽滤，真空泵抽气压到-0.1MPa，抽气量为8/min，功率为180W，频率50Hz，电压为220V；
6)将抽滤后的试样电热鼓风干燥箱中并在60℃下干燥2h。
7)将干燥后的试样放入浓度为1mol/L的葡萄糖水溶液中，在200℃进行均相水热处理8h，进一步提高复合材料密度，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1.36g/cm3；
8)打开水热釜并取出试样，将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在60℃下干燥3h。
9)将步骤8)干燥后的试样置于真空炉中，在氩气保护下于1500℃下热处理1h，得到 C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料。
实施例3：
1)选市售二硅化钼粉体(经过干法球磨24h，平均粒径控制在1～3μm)，碳化硅粉体(经过干法球磨15h，平均粒径控制在0.5～1μm)，异丙醇(纯度≥99.8％)，葡萄糖(纯度≥99％)为原料；
2)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25g/L，混合物B中二硅化钼浓度为45g/L。将混合物A、混合物B分别超声震荡30～60min，然后磁力搅拌2～4h，得到悬浮液A、悬浮液B；
3)将密度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0.75mol/L的葡萄糖溶液中于180℃下进行均相水热处理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试样平放于玻璃砂芯抽滤装置内，然后将悬浮液A、悬浮液B先后倒入真空抽滤平底漏斗中，进行抽滤，真空泵抽气压到-0.1MPa，抽气量为10L/min，功率为180W，频率50Hz，电压为220V；
6)将抽滤后的试样电热鼓风干燥箱中并在80℃下干燥2h。
7)将干燥后的试样放入浓度为0.75mol/L的葡萄糖水溶液中，在200℃进行均相水热处理12h，进一步提高复合材料密度，得到复合材料，重复均相水热处理直至得到复合材料的密度达到1.33g/cm3；
8)打开水热釜并取出试样，将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在80℃下干燥3h。
9)将步骤8)干燥后的试样置于真空炉中，在氩气保护下于1500℃下热处理1h，得到最终产物C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料。
实施例4：
1)选市售二硅化钼粉体(经过干法球磨24h，平均粒径控制在1～3μm)，碳化硅粉体(经 过干法球磨15h，平均粒径控制在0.5～1μm)，异丙醇(纯度≥99.8％)，葡萄糖(纯度≥99％)为原料；
2)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、混合物B超声震荡50min，然后磁力搅拌2h，得到悬浮液A、悬浮液B；
3)将密度0.2g/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0.8mol/L的葡萄糖溶液中于200℃下进行均相水热处理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试样平放于玻璃砂芯抽滤装置内，然后将悬浮液A、悬浮液B先后倒入真空抽滤平底漏斗中，进行抽滤，真空泵抽气压到-0.1MPa，抽气量为10L/min，功率为180W，频率50Hz，电压为220V；
6)将抽滤后的试样电热鼓风干燥箱中并在60℃下干燥2h。
7)将干燥后的试样放入浓度为0.8mol/L的葡萄糖水溶液中，在180℃进行均相水热处理12h，进一步提高复合材料密度，得到复合材料，重复均相水热处理直至得到复合材料的密度达到1.24g/cm3；
8)打开水热釜并取出试样，将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在90℃下干燥3h。
9)将步骤8)干燥后的试样置于真空炉中，在氩气保护下于1500℃下热处理1h，得到最终产物C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料。
实施例5：
1)选市售二硅化钼粉体(经过干法球磨24h，平均粒径控制在1～3μm)，碳化硅粉体(经过干法球磨15h，平均粒径控制在0.5～1μm)，异丙醇(纯度≥99.8％)，葡萄糖(纯度≥99％)为原料；
2)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25g/L，混合物B中二硅化钼浓度为35g/L。将混合物A、混合物B分别超声震荡60min，然后磁力搅拌4h，得到悬浮液A、悬浮液B；
3)将密度0.2g/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1mol/L的葡萄糖溶液中于180℃下进行均相水热处理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试样平放于玻璃砂芯抽滤装置内，然后将悬浮液A、悬浮液B先后倒入真空抽滤平底漏斗中，进行抽滤，真空泵抽气压到-0.1MPa，抽气量为10L/min，功率为180W，频率50Hz，电压为220V；
6)将抽滤后的试样电热鼓风干燥箱中并在60℃下干燥2h。
7)将干燥后的试样放入浓度为1mol/L的葡萄糖水溶液中，在220℃进行均相水热处理12h，进一步提高复合材料密度，得到复合材料，重复均相水热处理直至得到复合材料的密度达到1.41g/cm3；
8)打开水热釜并取出试样，将取出的式样放入电热鼓风干燥箱中并在90℃下干燥2h。
9)将步骤8)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，得到最终产物C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料。
实施例6
1)将粒径0.5～1μm的碳化硅粉体分散于异丙醇中得混合物A，混合物A中碳化硅粉体浓度为18g/L；将粒径1～3μm二硅化钼粉体分散于异丙醇中得混合物B，混合物B中二硅化钼浓度为37g/L；将混合物A、混合物B分别超声震荡35min，搅拌2h，得到悬浮液A、悬浮液B；
2)将密度0.4g/cm3的碳纤维立体织物切割成直径为6cm，厚度为3cm的圆片；
3)将圆片置于0.9mol/L的葡萄糖溶液中于220℃下进行均相水热处理7h，在碳纤维上沉积碳层，得到密度为0.5g/cm3的C/C试样；
4)将C/C试样平放于玻璃砂芯抽滤装置内，然后将悬浮液A、悬浮液B倒入真空抽滤平底漏斗中，进行抽滤，抽滤通过真空泵进行，真空泵抽气压到-0.09～-0.1MPa，抽气量为9L/min，功率为180W，频率50Hz，电压为220V。
5)将步骤4)抽滤后的试样放在电热鼓风干燥箱中于100℃下干燥1h；
6)将步骤5)干燥后的试样放入0.9mol/L的葡萄糖水溶液中在190℃下进行均相水热处理10h，得到复合材料，并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于100℃下干燥1h；
7)将步骤6)干燥后的试样在氩气保护下，于1400℃下热处理2h，得到C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料。
实施例7
1)将粒径0.5～1μm的碳化硅粉体分散于异丙醇中得混合物A，混合物A中碳化硅粉体浓度为15g/L；将粒径1～3μm二硅化钼粉体分散于异丙醇中得混合物B，混合物B中二硅化钼浓度为45g/L；将混合物A、混合物B分别超声震荡60min，搅拌4h，得到悬浮液A、悬浮液B；
2)将密度0.3g/cm3的碳纤维立体织物切割成直径为2cm，厚度为2cm的圆片；
3)将圆片置于0.7mol/L的葡萄糖溶液中于210℃下进行均相水热处理6h，在碳纤维上沉积碳层，得到密度为0.4g/cm3的C/C试样；
4)将C/C试样平放于玻璃砂芯抽滤装置内，然后将悬浮液A、悬浮液B倒入真空抽滤平底漏斗中，进行抽滤，抽滤通过真空泵进行，真空泵抽气压到-0.09～-0.1MPa，抽气量为10L/min，功率为180W，频率50Hz，电压为220V。
5)将步骤4)抽滤后的试样放在电热鼓风干燥箱中于70℃下干燥2h；
6)将步骤5)干燥后的试样放入0.7mol/L的葡萄糖水溶液中在200℃下进行均相水热处理9h，得到复合材料，并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 鼓风干燥箱中于70℃下干燥2h；
7)将步骤6)干燥后的试样在氩气保护下，于1600℃下热处理1h，得到C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料。
本发明中在碳纤维立体织物采用水热法方式沉积一定量的碳，适当降低织物孔隙孔径，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。
本发明利用真空抽滤-均相水热沉积方法，首先通过真空抽滤设备这一简单的实验装置使得SiC、MoSi2颗粒渗入沉积到低密度碳/碳复合材料中，避免了前驱体浸渍裂解等方法较长的制备工艺以及高温对碳纤维的损伤，同时，由于抽滤的特点可以得到具有梯度结构的复合材料，梯度复合材料能提高粘结强度，减少不同材料之间的残余应力和裂纹驱动力，并且消除界面交叉点，大大降低了工艺难度和成本。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、有梯度结构的C/C-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 (7)
1.一种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)将碳化硅粉体分散于异丙醇中得混合物A，混合物A中碳化硅粉体浓度为15～25g/L；将二硅化钼粉体分散于异丙醇中得混合物B，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)将碳纤维立体织物切割成圆片；
3)将圆片置于葡萄糖溶液中于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；
4)将C/C试样平放于玻璃砂芯抽滤装置内，然后将悬浮液A、悬浮液B倒入真空抽滤平底漏斗中，进行抽滤；
5)将步骤4)抽滤后的试样干燥；
6)将步骤5)干燥后的试样放入葡萄糖水溶液中在180～220℃下进行均相水热处理8～12h，得到复合材料，并重复均相水热处理直至复合材料的密度达到1.2～1.5g/cm3，然后干燥；
7)将步骤6)干燥后的试样在氩气保护下，于1400～1600℃下热处理1～2h，得到C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料；
所述步骤4)中，抽滤通过真空泵进行，真空泵抽气压到-0.09～-0.1MPa，抽气量为8～10L/min，功率为180W，频率50Hz，电压为220V；
所述步骤1)中碳化硅粉体的平均粒径控制在0.5～1μm；
所述步骤1)中二硅化钼粉体的平均粒径控制在1～3μm。
2.根据权利要求1所述的一种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)中搅拌之前先超声震荡30～60min。
3.根据权利要求1所述的一种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2)中圆片的直径为2～6cm，厚度为0.5～3cm。
4.根据权利要求1所述的一种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2)中碳纤维立体织物的密度为0.2～0.4g/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种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3)中C/C试样的密度为0.2～0.5g/cm3。
6.根据权利要求1所述的一种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3)及步骤6)中葡萄糖溶液浓度为0.7～1mol/L。
7.根据权利要求1所述的一种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)、步骤6)中干燥是在电热鼓风干燥箱中进行的，且干燥的温度为60～100℃。
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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 |
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Effective date of registration: 20211229 Address after: 257237 Room 201, building 3, high end equipment manufacturing park, Dongying comprehensive free trade zone, Dongying City, Shandong Province Patentee after: Dongying Aodong energy equipment Technology 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. |
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Effective date of registration: 20220120 Address after: 323000 No. 1, Chengxin lane, Juxian Road, Huzhen Town, Jinyun County, Lishui City, Zhejiang Province Patentee after: Zhejiang Lingqi Technology Co.,Ltd. Address before: 257237 Room 201, building 3, high end equipment manufacturing park, Dongying comprehensive free trade zone, Dongying City, Shandong Province Patentee before: Dongying Aodong energy equipment Technology Co.,Ltd. |
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Denomination of invention: A Preparation Method for C/C-SiC-MoSi2Ceramic Matrix Composite Materials Granted publication date: 20170613 Pledgee: Zhejiang Jinyun Rural Commercial Bank Co.,Ltd. technology sub branch Pledgor: Zhejiang Lingqi Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980004485 |