CN110627517B - 一种梯度超高温陶瓷基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种梯度超高温陶瓷基复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种梯度超高温陶瓷基复合材料及其制备方法,该方法包括如下步骤:(1)配制梯度浓度的浆料:固体组分为碳化锆粉体,液体组分为热固性酚醛树脂,将固体组分和液体组分混合,配制得到n个梯度浓度的浆料,其中n≥2;(2)制备预浸料:将n个梯度浓度的浆料分别与n份碳布复合,得到多个预浸料;(3)制备复合材料构件:将步骤(2)制得的多个预浸料铺层叠放,叠放时,沿着厚度方向,粉体含量呈梯度变化;将铺层后的预制体进行固化,得到复合材料构件;(4)裂解;(5)PIP工艺制备C/C坯体;(6)熔融渗硅。利用本发明提供的制备方法可制得低密度、高温抗烧蚀性能优异的梯度超高温陶瓷基复合材料,在航天航空领域具有实质性益处。

Description

一种梯度超高温陶瓷基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及超高温陶瓷基复合材料技术领域,尤其涉及一种梯度超高温陶瓷基复合材料及其制备方法。
背景技术
超高温陶瓷基复合材料具有耐高温、耐烧蚀、抗热震等一系列优异性能,在航天航空领域具有广泛的应用前景。梯度超高温陶瓷基复合材料是在材料工作面存在致密层,使材料在保持低密度的同时具有优异的耐烧蚀性能。
超高温陶瓷基复合材料的制备工艺一般为前驱体浸渍-裂解法、浆料法。以上工艺采用先驱体或先驱体与粉体的混合浆料,通过浸渍、热压等工艺制备超高温陶瓷基复合材料,所制的产品具有优异的耐烧蚀性能。但采用浸渍-裂解法所生产的材料内部密度偏高,影响最终产品重量,而浆料法所生产梯度超高温陶瓷,致密层偏薄,内外密度差异性大,高温状态下内外层膨胀系数偏差较大,容易发生致密壳层剥落。为此,有必要提供一种梯度变化均匀、结构可控的梯度超高温陶瓷基复合材料及其快速制备方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足,提供一种梯度超高温陶瓷基复合材料及其快速制备方法。
为了实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
1、一种梯度超高温陶瓷基复合材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)配制梯度浓度的浆料:固体组分为碳化锆粉体,液体组分为热固性酚醛树脂,将固体组分和液体组分混合,配制得到n个梯度浓度的浆料,其中n≥2;
(2)制备预浸料:将n个梯度浓度的浆料分别与n份碳布复合,得到多个预浸料;
(3)制备复合材料构件:将步骤(2)制得的多个预浸料铺层叠放,叠放时,沿着厚度方向,粉体含量呈梯度变化;将铺层后的预制体进行固化,得到复合材料构件;
(4)裂解:将复合材料构件进行裂解;
(5)PIP工艺制备C/C坯体:利用PIP工艺对经步骤(4)处理后的复合材料构件进行处理,得到C/C坯体;
(6)熔融渗硅:采用硅粉覆盖C/C坯体,利用反应熔渗法进行熔融渗硅,得到梯度超高温陶瓷基复合材料。
2、根据技术方案1所述的制备方法,所述热固性酚醛树脂为钡酚醛树脂;和/或
所述碳化锆粉体的粒径为0.5~4μm,优选为1~3μm。
3、根据技术方案2所述的制备方法,所述浆料的梯度浓度范围为10~60%。
4、根据技术方案1所述的制备方法,采用热熔胶膜法将所述浆料与所述碳布复合;优选地,在预浸料中,所述浆料的质量含量为50~70%。
5、根据技术方案1所述的制备方法,通过铺层数控制复合材料构件中的纤维体积分数为28~50%;和/或
采用模压或热压罐进行固化,固化条件为:压力1~2MPa,温度140~180℃,保温保压3~4h。
6、根据技术方案1所述的制备方法,在惰性气氛下进行所述裂解,所述裂解的工艺条件为:裂解温度600~1000℃,裂解时间0.5~1h。
7、根据技术方案1所述的制备方法,所述PIP工艺包括真空浸渍、压力浸渍、压力固化和常压裂解;
优选地,采用热固性酚醛树脂配制成树脂胶液进行真空浸渍和压力浸渍,所述热固性树脂选自硼酚醛树脂和/或氨酚醛树脂;
优选地,真空浸渍1~2小时,压力浸渍1~2小时,压力条件为3~5MPa,压力固化在1~2MPa下进行3~4h,常压裂解在800~1200℃下进行0.5~1h。
8、根据技术方案7所述的制备方法,所述PIP工艺的重复次数为2~4次。
9、根据技术方案1所述的制备方法,所述硅粉与C/C坯体的质量比为2~5,熔渗温度为1450~1700℃,保温时间为20min~2h。
10、一种梯度超高温陶瓷基复合材料,采用技术方案1至9任一项所述的制备方法制得。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点:
(1)本发明采用超高温陶瓷粉体预浸料制备低密度C/C坯体,通过控制不同位置超高温陶瓷粉体的加入量,实现最终产品内超高温陶瓷含量的梯度分布。
(2)本发明通过铺不同粉体含量预浸料实现材料内陶瓷粉体的梯度化,最终获得不同密度梯度的超高温陶瓷产品,实现产品内部材料结构的可设计性。
(3)利用本发明提供的制备方法可制得低密度、高温抗烧蚀性能优异的梯度超高温陶瓷基复合材料,在航天航空领域具有实质性益处。
附图说明
图1是本发明提供的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种梯度超高温陶瓷基复合材料的制备方法,如图1所示,包括如下步骤:
(1)配制梯度浓度的浆料
固体组分为碳化锆粉体,液体组分为热固性酚醛树脂,将固体组分和液体组分混合,配制得到n个梯度浓度的浆料,其中n≥2。
所述热固性树脂优选为钡酚醛树脂。所述碳化锆粉体的粒径为0.5~4μm,颗粒太小会增加成本,颗粒太大会影响后续制备过程,更优选为1~3μm,例如,可以为1μm,2μm,3μm。
所述浆料的梯度浓度范围优选10~60%(例如,可以为10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%),即碳化锆粉体占浆料的质量百分含量控制在10~60%的范围内(包含端点值)。粉体添加比例太高,影响产品层间结合性能;比例添加太低,无法实现陶瓷粉添加预期。
(2)制备预浸料
将n个梯度浓度的浆料分别与n份碳布复合,得到多个预浸料。
复合的方法有多种,比如浸渍法。本发明优选采用热熔胶膜法进行复合以制备预浸料。热熔胶膜法具体包括如下步骤:先将树脂浆料制成胶膜,再将胶膜复合在碳布表面,然后加热加压使树脂熔化,浸入碳布。对于热熔胶膜法的工艺条件,本发明对此不做任何具体的限定,均属于常规技术,可以参考现有技术方案。但是,本发明对制得的预浸料中的树脂浆料的含量进行了限定,优选为50~70%(质量百分含量),可以为该范围内的任意数值(包含端点值),例如,可以为50%、55%、60%、65%、70%。当预浸料浆料含量过低时,容易因贫胶而在热裂解后出现分层现象。当预浸料浆料含量过高时,在后续制备步骤中进行固化时,纤维容易出现变形,尤其是采用模压法进行固化时。
(3)制备复合材料构件
将步骤(2)制得的多个预浸料铺层叠放,叠放时,通过铺不同粉体含量预浸料实现低密度坯体内陶瓷粉体的梯度化:沿着厚度方向,粉体含量呈梯度变化;在叠放过程中,还可以通过铺层数控制产品纤维体积分数为28~50%,例如,可以为28%、30%、35%、40%、45%、50%。然后,将铺层后的预制体进行固化,得到复合材料构件。固化的方法有多种,本发明优选采用模压或热压罐进行固化,固化条件为:压力1~2MPa(例如,可以为1MPa、1.5MPa、2MPa),温度140~180℃(例如,可以为140℃、150℃、160℃、170℃、180℃),保温保压3~4h。
(4)裂解
将复合材料构件进行裂解。
优选地,在惰性气氛下进行所述裂解,所述裂解的工艺条件为:裂解温度600~1000℃,例如,可以为600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃,裂解时间0.5~1h。
(5)PIP工艺制备C/C坯体
利用PIP工艺对经步骤(4)处理后的复合材料构件进行处理,得到C/C坯体。
对于本发明提供的制备方法来说,所述PIP工艺包括真空浸渍、压力浸渍、压力固化和常压裂解。进行真空浸渍和压力浸渍时,浸渍胶液可以选用热固性酚醛树脂配制成的树脂胶液,所述热固性树脂可以选自硼酚醛树脂和/或氨酚醛树脂。当然,在浸渍时(包括真空浸渍和压力浸渍),可以选用糠酮树脂作为浸渍用树脂。对于各个步骤的工艺条件,优选地,真空浸渍1~2小时,压力浸渍1~2小时,压力条件为3~5MPa(例如,可以为3MPa、4MPa、5MPa),压力固化在1~2MPa下进行3~4h,常压裂解在800~1200℃(例如,可以为800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃)下进行0.5~1h。此外,所述PIP工艺的重复次数优选为2~4次,例如,可以为2次,3次,4次。
(6)熔融渗硅
采用硅粉覆盖C/C坯体,利用反应熔渗法进行熔融渗硅,得到梯度超高温陶瓷基复合材料。
反应熔渗可以参考现有技术,例如,利用石墨坩埚作为反应容器,利用高温炉进行高温处理。但优选地,进行反应熔渗处理时,所述硅粉与C/C坯体的质量比为(2~5):1,例如,可以为2:1、3:1、4:1、5:1,,熔渗温度为1450~1700℃(例如,可以为1450℃、1500℃、1550℃、1600℃、1650℃、1700℃),保温时间为20min~2h。
更为全面地,本发明提供的制备方法采用热固性酚醛树脂与ZrC粉体共混制备酚醛树脂料浆,采用热熔胶膜法,与碳布复合制备超高温陶瓷粉体预浸料,采用热压工艺制备复合材料构件,经裂解后得到低密度碳坯体,之后采用PIP工艺进行碳基体致密化,最后进行金属反应熔渗,得到超高温陶瓷基复合材料,具体包括如下步骤:
(1)配制梯度浓度的浆料
固体组分为碳化锆粉体,液体组分为热固性酚醛树脂,将固体组分和液体组分混合,配制得到n个梯度浓度的浆料,其中n≥2。
所述热固性树脂采用钡酚醛树脂。所述碳化锆粉体的粒径为0.5~4μm,更优选为1~3μm。所述浆料的梯度浓度范围为10~60%。
(2)制备预浸料
将n个梯度浓度的浆料分别与n份碳布复合,得到多个预浸料。复合方法采用热熔胶膜法。在预浸料中,所述浆料的质量含量为50~70%。
(3)制备复合材料构件
将步骤(2)制得的多个预浸料铺层叠放,叠放时,通过铺不同粉体含量预浸料实现低密度坯体内陶瓷粉体的梯度化:沿着厚度方向,粉体含量呈梯度变化;在叠放过程中,通过铺层数控制产品纤维体积分数为28~50%。然后,将铺层后的预制体进行固化,得到复合材料构件。本发明采用模压或热压罐进行固化,固化条件为:压力1~2MPa,温度140~180℃,保温保压3~4h。
(4)裂解
将复合材料构件进行裂解。在惰性气氛下进行所述裂解,所述裂解的工艺条件为:裂解温度600~1000℃,裂解时间0.5~1h。
(5)PIP工艺制备C/C坯体
利用PIP工艺对经步骤(4)处理后的复合材料构件进行处理,得到C/C坯体。
对于本发明提供的制备方法来说,所述PIP工艺包括真空浸渍、压力浸渍、压力固化和常压裂解。进行真空浸渍和压力浸渍时,浸渍胶液可以选用热固性酚醛树脂配制成的树脂胶液,所述热固性树脂选自硼酚醛树脂和/或氨酚醛树脂。当然,在浸渍时(包括真空浸渍和压力浸渍),可以选用糠酮树脂作为浸渍用树脂。各个步骤的工艺条件如下:真空浸渍1~2小时,压力浸渍1~2小时,压力条件为3~5MPa,压力固化在1~2MPa下进行3~4h,常压裂解在800~1200℃下进行0.5~1h。此外,所述PIP工艺的重复次数为2~4次。
(6)熔融渗硅
采用硅粉覆盖C/C坯体,利用反应熔渗法进行熔融渗硅,得到梯度超高温陶瓷基复合材料。在该步骤中,硅粉与C/C坯体的质量比为2~5,熔渗温度1450~1700℃,保温20min~2h。
本发明还提供了一种梯度超高温陶瓷基复合材料,采用上述所述的制备方法制得。
以下是本发明列举的实施例。
实施例1
(1)配制梯度浓度的浆料
固体组分采用碳化锆粉体,其粒径为4μm,液体组分采用氨酚醛树脂,将固体组分和液体组分混合,配制得到两个梯度浓度的浆料,分别为:①粉体含量10wt.%的浆料,②粉体含量60wt.%的浆料。
(2)制备预浸料
采用热熔胶膜法,将两个配方酚醛树脂类料浆分别与碳布复合制备成两种粉体含量的预浸料,其中,预浸料中的树脂料浆的质量含量为60%。
(3)制备复合材料构件
将步骤(2)制得的多个预浸料铺层叠放,通过铺层数控制产品纤维体积分数为40%,通过铺不同粉体含量预浸料实现低密度坯体内陶瓷粉体的梯度化,沿厚度方向,从内向外,粉体含量逐渐增大。然后,将铺层后的预制体进行固化,采用模压法进行固化,固化条件为:压力1MPa,固化温度180℃,保温保压4h,得到复合材料构件。
(4)裂解
在惰性气氛下,将复合材料构件进行裂解,裂解的工艺条件为:裂解温度1000℃,裂解时间1h。
(5)PIP工艺制备C/C坯体
利用PIP工艺对经步骤(4)处理后的复合材料构件进行处理,重复次数为2次,得到C/C坯体。
所述PIP工艺包括真空浸渍、压力浸渍、压力固化和常压裂解。进行真空浸渍和压力浸渍时,浸渍胶液为氨酚醛树脂胶液。各个步骤的工艺条件如下:真空浸渍1小时,压力浸渍1小时,压力条件为3MPa,压力固化在1MPa下进行4h,常压裂解在1000℃下进行0.5h。
(6)熔融渗硅
将C/C坯体置于石墨坩埚中,采用Si粉覆盖,硅粉与C/C坯体的质量比为2,将石墨坩埚置于高温炉中,升温至1550℃,保温1h,获得梯度超高温陶瓷基复合材料。
经检测,梯度超高温陶瓷基复合材料孔隙率为5%,密度为2.1g/cm3。耐烧蚀性能优异,可以在高温环境(>1800℃)下长时间使用。
实施例2
(1)配制梯度浓度的浆料
固体组分采用碳化锆粉体,其粒径为4μm,液体组分采用氨酚醛树脂,将固体组分和液体组分混合,配制得到两个梯度浓度的浆料,分别为:①粉体含量20wt.%的浆料,②粉体含量40wt.%的浆料。
(2)制备预浸料
采用热熔胶膜法,将两个配方酚醛树脂类料浆分别与碳布复合制备成两种粉体含量的预浸料,其中,预浸料中的树脂料浆的质量含量为60%。
(3)制备复合材料构件
将步骤(2)制得的多个预浸料铺层叠放,通过铺层数控制产品纤维体积分数为40%,通过铺不同粉体含量预浸料实现低密度坯体内陶瓷粉体的梯度化,沿厚度方向,从内向外,粉体含量逐渐增大。然后,将铺层后的预制体进行固化,采用模压法进行固化,固化条件为:压力1MPa,固化温度180℃,保温保压4h,得到复合材料构件。
(4)裂解
在惰性气氛下,将复合材料构件进行裂解,裂解的工艺条件为:裂解温度900℃,裂解时间1h。
(5)PIP工艺制备C/C坯体
利用PIP工艺对经步骤(4)处理后的复合材料构件进行处理,重复次数为2次,得到C/C坯体。
所述PIP工艺包括真空浸渍、压力浸渍、压力固化和常压裂解。进行真空浸渍和压力浸渍时,浸渍胶液为氨酚醛树脂胶液。各个步骤的工艺条件如下:真空浸渍1.5小时,压力浸渍1.5小时,压力条件为2MPa,压力固化在2MPa下进行3h,常压裂解在1000℃下进行1h。
(6)熔融渗硅
将C/C坯体置于石墨坩埚中,采用Si粉覆盖,硅粉与C/C坯体的质量比为2,将石墨坩埚置于高温炉中,升温至1600℃,保温1h,获得超高温陶瓷基复合材料。
经检测,梯度超高温陶瓷基复合材料孔隙率为4.5%,密度为2.06g/cm3。耐烧蚀性能优异,可以在高温环境(>1800℃)下长时间使用。
实施例3
(1)配制梯度浓度的浆料
固体组分采用碳化锆粉体,其粒径为4μm,液体组分采用氨酚醛树脂,将固体组分和液体组分混合,配制得到三个梯度浓度的浆料,分别为:①粉体含量20wt.%的浆料,②粉体含量40wt.%的浆料,③粉体含量60wt.%的浆料。
(2)制备预浸料
采用热熔胶膜法,将三个配方酚醛树脂类料浆分别与碳布复合制备成两种粉体含量的预浸料,其中,预浸料中的树脂料浆的质量含量为50%。
(3)制备复合材料构件
将步骤(2)制得的多个预浸料铺层叠放,通过铺层数控制产品纤维体积分数为50%,通过铺不同粉体含量预浸料实现低密度坯体内陶瓷粉体的梯度化,沿厚度方向,从内向外,粉体含量逐渐增大。然后,将铺层后的预制体进行固化,采用模压法进行固化,固化条件为:压力2MPa,固化温度180℃,保温保压4h,得到复合材料构件。
(4)裂解
在惰性气氛下,将复合材料构件进行裂解,裂解的工艺条件为:裂解温度1000℃,裂解时间1h。
(5)PIP工艺制备C/C坯体
利用PIP工艺对经步骤(4)处理后的复合材料构件进行处理,重复次数为3次,得到C/C坯体。
所述PIP工艺包括真空浸渍、压力浸渍、压力固化和常压裂解。进行真空浸渍和压力浸渍时,浸渍胶液为氨酚醛树脂胶液。各个步骤的工艺条件如下:真空浸渍1小时,压力浸渍1小时,压力条件为3MPa,压力固化在1MPa下进行4h,常压裂解在1800℃下进行0.5h。
(6)熔融渗硅
将C/C坯体置于石墨坩埚中,采用Si粉覆盖,硅粉与C/C坯体的质量比为2,将石墨坩埚置于高温炉中,升温至1700℃,保温1h,获得超高温陶瓷基复合材料。
经检测,梯度超高温陶瓷基复合材料孔隙率为4.6%,密度为2.05g/cm3。耐烧蚀性能优异,可以在高温环境(>1800℃)下长时间使用。
实施例4
(1)配制梯度浓度的浆料
固体组分采用碳化锆粉体,其粒径为4μm,液体组分采用氨酚醛树脂,将固体组分和液体组分混合,配制得到两个梯度浓度的浆料,分别为:①粉体含量10wt.%的浆料,②粉体含量70wt.%的浆料。
(2)制备预浸料
采用热熔胶膜法,将两个配方酚醛树脂类料浆分别与碳布复合制备成两种粉体含量的预浸料,其中,预浸料中的树脂料浆的质量含量为60%。
(3)制备复合材料构件
将步骤(2)制得的多个预浸料铺层叠放,通过铺层数控制产品纤维体积分数为40%,通过铺不同粉体含量预浸料实现低密度坯体内陶瓷粉体的梯度化,沿厚度方向,从内向外,粉体含量逐渐增大。然后,将铺层后的预制体进行固化,采用模压法进行固化,固化条件为:压力1MPa,固化温度180℃,保温保压4h,得到复合材料构件。
(4)裂解
在惰性气氛下,将复合材料构件进行裂解,裂解的工艺条件为:裂解温度1000℃,裂解时间1h。
(5)PIP工艺制备C/C坯体
利用PIP工艺对经步骤(4)处理后的复合材料构件进行处理,重复次数为2次,得到C/C坯体。
所述PIP工艺包括真空浸渍、压力浸渍、压力固化和常压裂解。进行真空浸渍和压力浸渍时,浸渍胶液为氨酚醛树脂胶液。各个步骤的工艺条件如下:真空浸渍1小时,压力浸渍1小时,压力条件为3MPa,压力固化在1MPa下进行4h,常压裂解在1800℃下进行0.5h。
(6)熔融渗硅
将C/C坯体置于石墨坩埚中,采用Si粉覆盖,硅粉与C/C坯体的质量比为2,将石墨坩埚置于高温炉中,升温至1550℃,保温1h,获得梯度超高温陶瓷基复合材料。
所制备梯度超高温陶瓷基复合材料有分层现象,无法进行性能测试。
表1记录了上述实施例1至3制得的复合材料的性能。
表1
Figure BDA0002247747540000121
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种梯度超高温陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)配制梯度浓度的浆料:固体组分为碳化锆粉体,液体组分为热固性酚醛树脂,将固体组分和液体组分混合,配制得到n个梯度浓度的浆料,其中n≥2;其中,所述浆料的梯度浓度范围为10~60%;
(2)制备预浸料:将n个梯度浓度的浆料分别与n份碳布复合,得到多个预浸料;其中,采用热熔胶膜法将所述浆料与所述碳布复合;在预浸料中,所述浆料的质量含量为50~70%;
(3)制备复合材料构件:将步骤(2)制得的多个预浸料铺层叠放,叠放时,沿着厚度方向,粉体含量呈梯度变化;将铺层后的预制体进行固化,得到复合材料构件;通过铺层数控制复合材料构件中的纤维体积分数为28~50%;
(4)裂解:将复合材料构件进行裂解;
(5)PIP工艺制备C/C坯体:利用PIP工艺对经步骤(4)处理后的复合材料构件进行处理,得到C/C坯体;
其中,所述PIP工艺包括真空浸渍、压力浸渍、压力固化和常压裂解;采用热固性酚醛树脂配制成树脂胶液进行真空浸渍和压力浸渍;
(6)熔融渗硅:采用硅粉覆盖C/C坯体,利用反应熔渗法进行熔融渗硅,得到梯度超高温陶瓷基复合材料;其中,所述硅粉与C/C坯体的质量比为2~5。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述热固性酚醛树脂为钡酚醛树脂;和/或
所述碳化锆粉体的粒径为0.5~4μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:
所述碳化锆粉体的粒径为1~3μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:
采用模压或热压罐进行固化,固化条件为:压力1~2MPa,温度140~180℃,保温保压3~4h。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:在惰性气氛下进行所述裂解,所述裂解的工艺条件为:裂解温度600~1000℃,裂解时间0.5~1h。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述热固性树脂选自硼酚醛树脂和/或氨酚醛树脂;
真空浸渍1~2小时,压力浸渍1~2小时,压力条件为3~5MPa,压力固化在1~2MPa下进行3~4h,常压裂解在800~1200℃下进行0.5~1h。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于:所述PIP工艺的重复次数为2~4次。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:熔渗温度为1450~1700℃,保温时间为20min~2h。
9.一种梯度超高温陶瓷基复合材料,其特征在于:采用权利要求1至8任一项所述的制备方法制得。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112341229B (zh) * 2020-11-09 2022-09-20 航天特种材料及工艺技术研究所 一种梯度C/ZrC-SiC超高温陶瓷基复合材料及其制备方法
CN112341213B (zh) * 2020-11-26 2022-05-13 西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司 一种小尺寸圆截面陶瓷基复合材料构件熔融渗硅方法
CN113276496B (zh) * 2021-06-03 2022-07-08 北京理工大学 一种轻质防隔热一体化碳纤维增强酚醛树脂复合材料
CN114853478B (zh) * 2022-05-17 2023-03-31 航天特种材料及工艺技术研究所 一种梯度陶瓷基复合材料及其制备方法
CN114835510A (zh) * 2022-06-02 2022-08-02 中国航发北京航空材料研究院 制备梯度变模量碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料的方法
CN115819103B (zh) * 2023-01-06 2023-05-23 浙江德鸿碳纤维复合材料有限公司 一种碳材料体及其制备方法
CN116334435B (zh) * 2023-02-17 2024-09-24 清华大学 碳化硅铝基复合材料及其制备方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101224989A (zh) * 2008-01-29 2008-07-23 中国人民解放军国防科学技术大学 二维纤维布增强陶瓷基复合材料及其制备方法
CN101224990A (zh) * 2008-01-29 2008-07-23 中国人民解放军国防科学技术大学 耐超高温陶瓷基复合材料及其制备方法
CN103613400A (zh) * 2013-08-15 2014-03-05 大连理工大学 一种碳纤维增强碳-碳化硅双元陶瓷基梯度复合材料的制备方法
CN107686356A (zh) * 2017-09-04 2018-02-13 上海应用技术大学 一种制备超高温陶瓷基复合材料的方法
CN108585921A (zh) * 2018-06-14 2018-09-28 哈尔滨工业大学 一种基于冷冻流延制备功能梯度陶瓷/树脂复合材料的方法
CN109354823A (zh) * 2018-11-19 2019-02-19 武汉理工大学 防隔热可陶瓷化酚醛树脂基梯度复合材料的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101224989A (zh) * 2008-01-29 2008-07-23 中国人民解放军国防科学技术大学 二维纤维布增强陶瓷基复合材料及其制备方法
CN101224990A (zh) * 2008-01-29 2008-07-23 中国人民解放军国防科学技术大学 耐超高温陶瓷基复合材料及其制备方法
CN103613400A (zh) * 2013-08-15 2014-03-05 大连理工大学 一种碳纤维增强碳-碳化硅双元陶瓷基梯度复合材料的制备方法
CN107686356A (zh) * 2017-09-04 2018-02-13 上海应用技术大学 一种制备超高温陶瓷基复合材料的方法
CN108585921A (zh) * 2018-06-14 2018-09-28 哈尔滨工业大学 一种基于冷冻流延制备功能梯度陶瓷/树脂复合材料的方法
CN109354823A (zh) * 2018-11-19 2019-02-19 武汉理工大学 防隔热可陶瓷化酚醛树脂基梯度复合材料的制备方法

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