CN112661526B - 一种用于偏流板的耐热板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于偏流板技术领域，公开一种用于偏流板的耐热板的制备方法。（1）、根据耐热板的结构加工碳纤维预制体；（2）、CVI法在碳纤维预制体表面制备一层热解炭界面层；（3）、浸渍‑固化‑低温裂解步骤重复2~4次；（4）、浸渍‑固化‑高温裂解重复1~3次；（5）、机械粗加工；（6）、重复上述浸渍‑固化‑低温裂解步骤2~4次；（7）、重复上述浸渍‑固化‑高温裂解步骤1~3次；（8）、机械精加工；（9）、CVD法沉积SiC涂层，得到用于偏流板的耐热板。本发明方法制备周期短，所制备的耐热板致密度高、密度梯度很小、烧蚀率极低、发射率较低、抗氧化性能和抗冲刷能力好，力学性能优异。

Description

一种用于偏流板的耐热板的制备方法

技术领域

本发明属于偏流板技术领域，具体涉及一种用于偏流板的耐热板的制备方法。

背景技术

偏流板是将航母舰载飞机发动机产生的高温、高压、高速燃气流向外偏流，阻挡尾焰对航母母舰设备、其他飞机和人员的威胁。耐热板是偏流板与发动机尾焰直接接触的上面面板，主要承受飞机尾焰的冲刷力量和将燃流向各个方向偏流，要求其具有耐高温、耐海水腐蚀、耐烧蚀、抗冲刷等性能。

目前，偏流板一般使用金属材料，表层制备具有耐热性能、散热性能的涂层。为了快速降低燃流冲刷中心区域的温度，需要内部配有良好的散热和冷却系统，这不仅增加了成本，也增加了维修难度。金属材料与涂层热膨胀系数差别较大，受热时易导致涂层脱落。另外，金属材料的耐热板耐腐蚀性差，从而增加日常维护成本，且冷却系统会增加整舰重量。

专利申请号为201910293953.4公开了采用二维碳化硅布叠层、碳纤维穿刺结构制备碳化硅预制体，经在预制体表面制备微碳界面，在微碳界面层外制备碳化硅界面层，然后通过浸渍裂解工艺制备陶瓷基，最后经化学气相沉积进行封孔，制得免冷水偏流板。该发明浸渍裂解工艺仅是前三次浸渍采用聚合物浸渍溶液，后期全部采用含碳化硅粉和聚合物的混合浸渍溶液，容易造成前期内部孔隙较大还没填充充实，后期直接浸渍碳化硅粉不仅不会提高浸渍效率，还容易导致浅层孔隙优先被填充，形成表面瓶颈效应，导致溶液较难进入预制体内部进行填充内部孔隙，造成制备的材料密度不均匀，内部孔隙较多，抗烧蚀性能能力较弱，耐腐蚀性较差，综合性能下降。该发明采用碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料制备偏流板，由于碳化硅纤维密度为3.2g/cm³，制备的偏流板密度依然较大，而且，碳化硅常温下的导热系数高达80~85 W/(m·K)，在所制备的偏流板传热速度快，不能真正做到免除水冷系统。

文献“碳纤维复合材料导热系数研究. 沈蓉影. 材料工程. 1993,(3):4-5.”中主要分析了不同碳纤维复合材料的导热系数，碳纤维复合材料的导热系数为0.6~6 W/(m·K)，比碳化硅的导热系数低了13倍。并且，碳纤维密度为1.8g/cm³，是碳化硅纤维的1/1.8，具良好的耐高温性能，且韧性比碳化硅纤维好。

针对现有金属偏流板耐腐蚀性差、设备重量较重、维修成本高、使用寿命较短问题，以及专利中制备的偏流板抗烧蚀性能较差、导热系数较高，文献中碳纤维复合材料导热系数较低、密度低等优点，采用一种一体化的低密度、耐高温、导热系数低、耐腐蚀、抗冲刷的新型材料是关键。

发明内容

为克服偏流板耐腐蚀性差、寿命短、导热系数高等的不足之处，本发明的目的旨在提供一种用于偏流板的耐热板的制备方法，本发明采用碳纤维增强陶瓷基复合材料，可大幅度降低偏流板重量，降低偏流板的导热系数；本发明制备采用化学气相渗透可制备厚度为1~2μm的热解炭界面层，厚度较厚，且界面层均匀连续，偏向于光滑结构，增韧效果较好，界面层呈连续层状结构，与碳纤维结合性性较好，可有效避免强结合界面作用导致裂纹无法在界面处发生偏转而横穿纤维；使用高低温循环浸渍-裂解工艺，提高浸渍效率，减少生产周期，从而降低成本；先驱体浆料中引入纳米陶瓷粉，可大幅度提高封孔效率，提高材料的耐高温性、耐海水腐蚀、抗冲刷和抗氧化性，延长使用寿命。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种用于偏流板的耐热板的制备方法，步骤如下：

（1）、加工碳纤维预制体：将密度为0.4~0.55g/cm³的碳纤维预制体加工成与最终耐热板产品形状一致、尺寸富有余量的预制体；

（2）、CVI沉积热解炭界面层：将步骤（1）所得预制体置于CVI沉积炉内，在预制体表面制得一层热解炭界面层；

（3）、浸渍、固化、低温裂解：

（3a）、真空浸渍：将步骤（2）所得预制体放入真空浸渍桶中，先抽真空至真空度为9~11Pa，保真空0.5~1h后，注入先驱体浆料，再保真空0.5~1h，然后破真空取出；

（3b）、压力浸渍：将步骤（3a）所得预制体放入压力浸渍罐中，升温至50~70℃，通入保护气体至压力浸渍罐内压力为1~6MPa，保温1~5h，自然降温至室温，取出；

（3c）、固化：将步骤（3b）所得预制体以5~10℃/min的升温速率升温至120~250℃，保温3~10h，自然降温至室温，取出；

（3d）、低温裂解：将步骤（3c）所得预制体放入烧结炉中，炉内为真空状态或微正压状态，以5~10℃/min的升温速率升温至低温裂解温度850~1400℃，保温1.5~10h，然后在保护气氛围下自然降温至室温，取出；所述真空状态的真空度为200Pa以下；所述微正压状态是通入保护气体至炉内压力为100~200kPa，气体流量为4~10L/min；

（3e）、将步骤（3d）所得制品进行步骤（3a）~（3d），重复2~4次；

（4）、浸渍、固化、高温裂解：

（4a）、真空浸渍：将步骤（3e）所得制品代替步骤（3a）中的步骤（2）所得预制体，其它操作同步骤（3a）；

（4b）、压力浸渍：将步骤（4a）所得制品代替步骤（3b）中的步骤（3a）所得预制体，其它操作同步骤（3b）；

（4c）、固化：将步骤（4b）所得制品代替步骤（3c）中的步骤（3b）所得预制体，其它操作同步骤（3c）；

（4d）、高温裂解：将步骤（4c）所得制品代替步骤（3d）中的步骤（3c）所得预制体，同时高温裂解代替低温裂解，高温裂解温度为1400~1700℃，其它操作同步骤（3d）；

（4e）、将步骤（4d）所得制品进行步骤（4a）~（4d），重复1~3次；

（5）、机械粗加工：将步骤（4e）所得制品进行机械粗加工；

（6）、浸渍、固化、低温裂解：将步骤（5）所得制品进行步骤（3a）~（3d），重复2~4次；

（7）、浸渍、固化、高温裂解：将步骤（6）所得制品进行步骤（4a）~（4d），重复1~3次；

（8）、机械精加工：将步骤（7）所得制品进行机械精加工；

（9）、CVD沉积SiC：将步骤（8）所得制品通过CVD在制品表面制备一层SiC涂层，即获得用于偏流板的耐热板。

较好地，步骤（1）中，所述碳纤维预制体通过1~12K碳纤维以2.5D针刺、2.5D穿刺或3D编织的成型方式制备而成。

较好地，步骤（2）中，所述碳源气体选自天然气、甲烷、丙烷、丙烯中的一种或多种。

较好地，步骤（2）、（3b）和（3d）中，所述保护气体为氩气或氮气。

较好地，步骤（2）中，热解炭界面层的厚度为1~2μm。

较好地，步骤（3a）中，所述先驱体浆料为陶瓷先驱体浆料，或者为含有纳米陶瓷粉的陶瓷先驱体浆料；所述陶瓷先驱体浆料是由陶瓷先驱体与溶剂按照10∶（3~8）的质量比混合而成；所述含有纳米陶瓷粉的陶瓷先驱体浆料是由陶瓷先驱体、溶剂、纳米陶瓷粉按照10∶（3~8）∶（0.5~2）的质量比混合而成。

较好地，所述陶瓷先驱体为聚甲基硅烷、聚碳硅烷、聚碳锆烷、聚硅氮烷、聚硼硅氮烷、聚锆碳硅烷中的一种或多种；所述溶剂为二乙烯基苯、二甲苯、甲苯中的一种或多种；所述纳米陶瓷粉为硅、锆以及其它过渡金属元素的碳化物、氮化物和硼化物中的一种或多种。

较好地，所述纳米陶瓷粉为SiC、ZrC、B₄C、HfC、TaC、WC、WB、Si₃N₄、ZrN、BN、HfN、SiBCN、SiB₄、ZrB₂、HfB₂、TaB₂中的一种或多种。

较好地，陶瓷先驱体浆料或含有纳米陶瓷粉的陶瓷先驱体浆料采用机械搅拌的方式混合，机械搅拌条件为：在50~70℃下，以50~60r/min的转速搅拌1~10h。

较好地，步骤（2）中，CVI沉积热解炭界面层的过程为：将步骤（1）所得预制体置于CVI沉积炉内，抽真空至炉内真空度为200Pa以下，然后升温至800~1500℃，随后以5~15L/min的流量通入碳源气体，控制炉内压力为0.5~20kPa，保温1~60h；保温结束后，向炉内通入保护气体，在保护气氛下自然降温至室温，取出，即在预制体表面制得一层热解炭界面层。

较好地，步骤（9）中， CVD沉积SiC的过程为：将步骤（8）所得制品以甲基三氯硅烷为先驱体，以氢气为载气，以氩气为稀释气体，以氢气为还原气体，通过CVD在制品表面制备一层SiC涂层，即获得用于偏流板的耐热板；其中，CVD的参数条件为：沉积温度为800~1500℃，沉积压力为1~20kPa，沉积时间为5~200h；所述还原气体与先驱体的摩尔比为8~20∶1，所述先驱体的流量为1~15g/min，所述稀释气体的流量为2~20L/min，所述还原气体的流量由还原气体与先驱体的摩尔比来确定，所述载气的流量为100~200mL/min。

有益效果：

（1）、本发明耐热板为碳纤维增强陶瓷基复合材料，可大幅度降低偏流板重量，降低偏流板的导热系数，同时避免了现有耐热板的金属材料易腐蚀、涂层脱落问题；

（2）、本发明所制备的碳纤维增强陶瓷基复合材料耐热板可长时间耐1600℃高温，较低的导热率，室温导热率可低至3~5.5 W/(m·K)，1000℃下的导热系数为6~10 W/(m·K)，减少表层热量向底部传递的速率；具有较低的发射率，发射率为0.6~0.75，可反射掉大部分燃流热量到空气中，减少热量传输，耐热板底部温度低于600℃，可以减少偏流板背部金属支架的伤害，有利于免除冷却系统；耐热板致密度较高，耐焰流冲刷，耐海水腐蚀，延长了偏流板使用寿命，从而降低维修成本；

（3）、本发明采用CVI技术，所制备的热解炭界面层厚度可达1~2μm，厚度较厚，且界面层均匀连续，偏向于光滑结构，增韧效果较好，界面层呈连续层状结构，与碳纤维结合性性较好，可有效避免强结合界面作用导致的裂纹无法在界面处发生偏转而横穿纤维从而对纤维造成损伤；

（4）、本发明采用高低温循环浸渍-固化-裂解工艺，先采用低温裂解工艺，生成无定形SiC陶瓷，再高温裂解将无定形SiC陶瓷充分转变为多晶SiC陶瓷，转变过程中会有一些分解产物逸出，形成孔隙，有利于下一个浸渍-固化-裂解过程，可提高耐热板浸渍效率，缩短制备周期，从而降低生产成本；采用工艺部分低温制备，可以降低能源消耗，节约能源；

（5）、本发明采用含有纳米陶瓷粉的先驱体浆料，提高了封孔效率，缩短了陶瓷基复合材料的制备周期；另外，纳米陶瓷粉可提高复合材料的耐高温性、耐海水腐蚀性和材料表面抗冲刷性，从而延长耐热板的使用寿命，降低生产成本和维护成本；

（6）、本发明采用机械粗加工和机械精加工这种分工步的机械加工方式，可制备尺寸加大、厚度较厚、结构复杂的制品，而且减少了陶瓷基复合材料的制备密度梯度；

（7）、本发明在制品表面制备一层SiC涂层，封填了机械加工后复合材料表面的小孔，提高表层的致密度，可以减少空气和海水对材料内部的侵蚀，提高耐热板耐腐蚀性；可以进一步阻挡尾焰向内部侵蚀，提高材料的耐高温性和抗冲刷性；可以提高表面光洁度，降低发射率，由无涂层的发射率0.85~0.95，涂层后降低至0.6~0.75，对热量增加10%~35%的反射；高温下SiC反应生产玻璃态SiO₂物质，不仅有利于裂纹自愈合，封填表面微孔，减少热量向耐热板内部扩散，提高耐热板的抗氧化性；延长耐热板使用寿命，有利于减少耐热板的维修次数，降低成本。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

实施例1

一种用于偏流板的耐热板的制备方法，步骤如下：

（1）、加工碳纤维预制体：选用2.5D细边穿刺制得密度为0.5g/cm³的碳纤维预制体；将碳纤维预制体加工成与最终耐热板产品形状一致、尺寸富有余量的预制体；

（2）、CVI沉积热解炭界面层：将步骤（1）所得预制体用按照预制体结构设计的石墨模具进行夹持固定，将连带模具的预制体放入CVI沉积炉内，抽真空至炉内真空度为100Pa，然后升温至1000℃，随后以10L/min的流量通入碳源气体丙烷，控制炉内压力为5kPa，保温25h；保温结束后，向炉内通入氩气，在氩气氛围下自然降温至室温，取出，在预制体表面制得一层厚度1μm的热解炭界面层；

（3）、浸渍、固化、低温裂解：

（3a）、真空浸渍：将步骤（2）所得预制体放入真空浸渍桶中，先抽真空至真空度为11Pa，保真空0.5h后，注入先驱体浆料，再保真空1h，然后破真空取出；

（3b）、压力浸渍：将步骤（3a）所得预制体放入压力浸渍罐中，升温至55℃，通入氩气至压力浸渍罐内压力为5MPa，保温2h，自然降温至室温取出；

（3c）、固化：将步骤（3b）所得预制体放入鼓风干燥箱中，以5℃/min的升温速率升温至180℃，保温5h，自然降温至室温，取出；

（3d）、低温裂解：将步骤（3c）所得预制体放入烧结炉中，炉内为真空状态，真空度为100Pa，以7℃/min的升温速率升温至低温裂解温度1300℃，保温1.5h，保温结束后再通入氩气，在氩气氛围下自然降温至室温，取出；

（3e）、将步骤（3d）所得制品进行步骤（3a）~（3d），重复2次；

（4）、浸渍、固化、高温裂解：

（4a）、真空浸渍：将步骤（3e）所得制品代替步骤（3a）中的步骤（2）所得预制体，其它操作同步骤（3a）；

（4b）、压力浸渍：将步骤（4a）所得制品代替步骤（3b）中的步骤（3a）所得预制体，其它操作同步骤（3b）；

（4c）、固化：将步骤（4b）所得制品代替步骤（3c）中的步骤（3b）所得预制体，其它操作同步骤（3c）；

（4d）、高温裂解：将步骤（4c）所得制品代替步骤（3d）中的步骤（3c）所得预制体，同时高温裂解代替低温裂解，高温裂解温度为1500℃，其它操作同步骤（3d）；

（4e）、将步骤（4d）所得制品进行步骤（4a）~（4d），重复2次；

（5）、机械粗加工：将步骤（4e）所得制品进行机械粗加工；

（6）、浸渍、固化、低温裂解：将步骤（5）所得制品进行步骤（3a）~（3d），重复2次；

（7）、浸渍、固化、高温裂解：将步骤（6）所得制品进行步骤（4a）~（4d），重复2次；

（8）、机械精加工：将步骤（7）所得制品进行机械精加工；

（9）、CVD沉积SiC：将步骤（8）所得制品以甲基三氯硅烷为先驱体，以氢气为载气，以氩气为稀释气体，以氢气为还原气体，通过CVD在制品表面制备一层SiC涂层，获得用于偏流板的耐热板；其中，CVD的参数条件为：沉积温度为1100℃，沉积压力为6kPa，沉积时间为65h；所述还原气体与先驱体的摩尔比为10∶1，所述先驱体的流量为8g/min，所述稀释气体的流量为5L/min，所述还原气体的流量由还原气体与先驱体的摩尔比来确定，所述载气的流量为120mL/min；

所述步骤（3a）和步骤（6）中低温裂解、步骤（4a）和步骤（7）中高温裂解采用的先驱体浆料为聚硅氮烷浆料，其由聚硅氮烷与二乙烯基苯按照10∶3的质量比通过机械搅拌均匀混合而成，机械搅拌在50℃水浴锅中，以50r/min转速搅拌4h混合。

实施例2

一种用于偏流板的耐热板的制备方法，步骤如下：

（1）、加工碳纤维预制体：选用2.5D0°/90°无纬布叠层/网胎针刺成型制得密度为0.55g/cm³的碳纤维预制体；将碳纤维预制体加工成与最终耐热板产品形状一致、尺寸富有余量的预制体；

（2）、CVI沉积热解炭界面层：将步骤（1）所得预制体用按照预制体结构设计的石墨模具进行夹持固定，将连带模具的预制体放入CVI沉积炉内，抽真空至炉内真空度为100Pa，然后升温至1300℃，随后以15L/min的流量通入碳源气体甲烷，控制炉内压力为13kPa，保温50h；保温结束后，向炉内通入氩气，在氩气氛围下自然降温至室温，取出，在预制体表面制得一层厚度2μm的热解炭界面层；

（3）、浸渍、固化、低温裂解：

（3a）、真空浸渍：将步骤（2）所得预制体放入真空浸渍桶中，先抽真空至真空度为10Pa，保真空1h后，注入先驱体浆料，再保真空1h，然后破真空取出；

（3b）、压力浸渍：将步骤（3a）所得预制体放入压力浸渍罐中，升温至70℃，通入氩气至压力浸渍罐内压力为4MPa，保温4h，自然降温至室温取出；

（3c）、固化：将步骤（3b）所得预制体放入鼓风干燥箱中，以5℃/min的升温速率升温至200℃，保温4h，自然降温至室温，取出；

（3d）、低温裂解：将步骤（3c）所得预制体放入烧结炉中，炉内为真空状态，真空度为150Pa，以8℃/min的升温速率升温至低温裂解温度1100℃，保温3h，保温结束后再通入氩气，在氩气氛围下自然降温至室温，取出；

（3e）、将步骤（3d）所得制品进行步骤（3a）~（3d），重复4次；

（4）、浸渍、固化、高温裂解：

（4a）、真空浸渍：将步骤（3e）所得制品代替步骤（3a）中的步骤（2）所得预制体；其它操作同步骤（3a）；

（4b）、压力浸渍：将步骤（4a）所得制品代替步骤（3b）中的步骤（3a）所得预制体，其它操作同步骤（3b）；

（4c）、固化：将步骤（4b）所得制品代替步骤（3c）中的步骤（3b）所得预制体，其它操作同步骤（3c）；

（4d）、高温裂解：将步骤（4c）所得制品代替步骤（3d）中的步骤（3c）所得预制体，同时高温裂解代替低温裂解，高温裂解温度为1400℃，其它操作同步骤（3d）；

（4e）、将步骤（4d）所得制品进行步骤（4a）~（4d），重复1次；

（5）、机械粗加工：将步骤（4e）所得制品进行机械粗加工；

（6）、浸渍、固化、低温裂解：将步骤（5）所得制品进行步骤（3a）~（3d），重复3次；

（7）、浸渍、固化、高温裂解：将步骤（6）所得制品进行步骤（4a）~（4d），重复2次；

（8）、机械精加工：将步骤（7）所得制品进行机械精加工；

（9）、CVD沉积SiC：将步骤（8）所得制品以甲基三氯硅烷为先驱体，以氢气为载气，以氩气为稀释气体，以氢气为还原气体，通过CVD在制品表面制备一层SiC涂层，获得用于偏流板的耐热板；其中，CVD的参数条件为：沉积温度为1250℃，沉积压力为11kPa，沉积时间为50h；所述还原气体与先驱体的摩尔比为15∶1，所述先驱体的流量为10g/min，所述稀释气体的流量为10L/min，所述还原气体的流量由还原气体与先驱体的摩尔比来确定，所述载气的流量为140mL/min；

所述步骤（3a）和步骤（6）中低温裂解采用的先驱体浆料为聚碳硅烷浆料，其由聚碳硅烷与二甲苯按照10∶4.5的质量比通过机械搅拌均匀混合而成，机械搅拌在55℃水浴锅中，以55r/min转速搅拌1h混合；

所述步骤（4a）和步骤（7）中高温裂解采用的先驱体浆料为含有SiC和ZrC纳米陶瓷粉的聚碳硅烷浆料，其由聚碳硅烷、二甲苯、SiC纳米陶瓷粉和ZrC纳米陶瓷粉按照10∶5∶1∶0.5的质量比通过机械搅拌均匀混合而成，所述的机械搅拌是在65℃水浴锅中，以55r/min转速搅拌6h。

实施例3

一种用于偏流板的耐热板的制备方法，步骤如下：

（1）、加工碳纤维预制体：选用3D碳纤维编织成型制得密度为0.45g/cm³的碳纤维预制体；将碳纤维预制体加工成与最终耐热板产品形状一致、尺寸富有余量的预制体；

（2）、CVI沉积热解炭界面层：将步骤（1）所得预制体用按照预制体结构设计的石墨模具进行夹持固定，将连带模具的预制体放入CVI沉积炉内，抽真空至炉内真空度为200Pa，然后升温至1070℃，随后以12L/min的流量通入碳源气体天然气，控制炉内压力为12kPa，保温50h；保温结束后，向炉内通入氩气，在氩气氛围下自然降温至室温，取出，在预制体表面制得一层厚度1.5μm的热解炭界面层；

（3）、浸渍、固化、低温裂解：

（3a）、真空浸渍：将步骤（2）所得预制体放入真空浸渍桶中，先抽真空至真空度为10Pa，保真空0.5h后，注入先驱体浆料，再保真空1h，然后破真空取出；

（3b）、压力浸渍：将步骤（3a）所得预制体放入压力浸渍罐中，升温至70℃，通入氩气至压力浸渍罐内压力为3.5MPa，保温2.5h，自然降温至室温取出；

（3c）、固化：将步骤（3b）所得预制体放入鼓风干燥箱中，以8℃/min的升温速率升温至120℃，保温9h，自然降温至室温，取出；

（3d）、低温裂解：将步骤（3c）所得预制体放入烧结炉中，炉内为微正压状态，通氮气至炉内压力为130kPa，以10℃/min的升温速率升温至低温裂解温度1400℃，保温3h，保温结束后再通入氩气，在氩气氛围下自然降温至室温，取出；

（3e）、将步骤（3d）所得制品进行步骤（3a）~（3d），重复3次；

（4）、浸渍、固化、高温裂解：

（4a）、真空浸渍：将步骤（3e）所得制品代替步骤（3a）中的步骤（2）所得预制体；其它操作同步骤（3a）；

（4b）、压力浸渍：将步骤（4a）所得制品代替步骤（3b）中的步骤（3a）所得预制体，其它操作同步骤（3b）；

（4c）、固化：将步骤（4b）所得制品代替步骤（3c）中的步骤（3b）所得预制体，其它操作同步骤（3c）；

（4d）、高温裂解：将步骤（4c）所得制品代替步骤（3d）中的步骤（3c）所得预制体，同时高温裂解代替低温裂解，高温裂解温度为1650℃，其它操作同步骤（3d）；

（4e）、将步骤（4d）所得制品进行步骤（4a）~（4d），重复2次；

（5）、机械粗加工：将步骤（4e）所得制品进行机械粗加工；

（6）、浸渍、固化、低温裂解：将步骤（5）所得制品进行步骤（3a）~（3d），重复2次；

（7）、浸渍、固化、高温裂解：将步骤（6）所得制品进行步骤（4a）~（4d），重复3次；

（8）、机械精加工：将步骤（7）所得制品进行机械精加工；

（9）、CVD沉积SiC：将步骤（8）所得制品以甲基三氯硅烷为先驱体，以氢气为载气，以氩气为稀释气体，以氢气为还原气体，通过CVD在制品表面制备一层SiC涂层，获得用于偏流板的耐热板；其中，CVD的参数条件为：沉积温度为1200℃，沉积压力为17kPa，沉积时间为60h；所述还原气体与先驱体的摩尔比为15∶1，所述先驱体的流量为15g/min，所述稀释气体的流量为20L/min，所述还原气体的流量由还原气体与先驱体的摩尔比来确定，所述载气的流量为200mL/min；

所述步骤（3a）和步骤（6）中低温裂解采用的先驱体浆料为聚硼硅氮烷浆料，其由聚硼硅氮烷与二甲苯按照 10∶6的质量比通过机械搅拌均匀混合而成，机械搅拌在50℃水浴锅中，以50r/min转速搅拌4h混合；

所述步骤（4a）和步骤（7）中高温裂解采用的先驱体浆料为含有ZrN、BN、HfN和Si₃N₄纳米陶瓷粉的聚硼硅氮烷浆料，其由聚硼硅氮烷、二甲苯、ZrN、BN、HfN和Si₃N₄纳米陶瓷粉按照10∶6∶0.5∶0.1∶0.1∶0.5的质量比通过机械搅拌均匀混合而成，所述的机械搅拌是在50℃水浴锅中，以60r/min转速搅拌5h。

实施例4

与实施例2的不同之处在于：所述步骤（3a）和步骤（6）中低温裂解、步骤（7）中高温裂解采用的先驱体浆料为聚甲基硅烷浆料，其由聚甲基硅烷与二甲苯按照10∶4.5的质量比通过机械搅拌均匀混合而成，机械搅拌在55℃水浴锅中，以55r/min转速搅拌1h混合；所述步骤（4a）中高温裂解采用的先驱体浆料为含有SiC和ZrC纳米陶瓷粉的聚甲基硅烷浆料，其由聚甲基硅烷、二甲苯、SiC纳米陶瓷粉和ZrC纳米陶瓷粉按照10∶5∶1∶0.5的质量比通过机械搅拌均匀混合而成，所述的机械搅拌是在65℃水浴锅中，以55r/min转速搅拌6h。

其它均同实施例2。

实施例5

与实施例3的不同之处在于：所述步骤（3a）和步骤（6）中低温裂解、步骤（4a）中高温裂解采用的先驱体浆料为聚碳锆烷浆料，其由聚碳锆烷与二甲苯按照10∶6的质量比通过机械搅拌均匀混合而成，机械搅拌在50℃水浴锅中，以50r/min转速搅拌4h混合；所述步骤（7）中高温裂解采用的先驱体浆料为含有ZrN、BN、HfN和Si₃N₄纳米陶瓷粉的聚碳锆烷浆料，其由聚碳锆烷、二甲苯、ZrN、BN、HfN和Si₃N₄纳米陶瓷粉按照10∶6∶0.5∶0.1∶0.1∶0.5的质量比通过机械搅拌均匀混合而成，所述的机械搅拌是在50℃水浴锅中，以60r/min转速搅拌5h。

其它均同实施例3。

实施例6

与实施例2的不同之处在于：所述步骤（3a）和步骤（6）中低温裂解、步骤（4a）和步骤（7）中高温裂解采用的先驱体浆料为含有SiC和ZrC纳米陶瓷粉的聚锆碳硅烷浆料，其由聚锆碳硅烷、二甲苯、SiC纳米陶瓷粉和ZrC纳米陶瓷粉按照10∶5∶1∶0.5的质量比通过机械搅拌均匀混合而成，所述的机械搅拌是在65℃水浴锅中，以55r/min转速搅拌6h。

其它均同实施例2。

实施例7

与实施例2的不同之处在于：所述步骤（3a）低温裂解和所述步骤（4a）中高温裂解采用的先驱体浆料为聚碳硅烷浆料，其由聚碳硅烷与二甲苯按照10∶4.5的质量比通过机械搅拌均匀混合而成，机械搅拌在55℃水浴锅中，以55r/min转速搅拌1h混合；所述步骤（6）中低温裂解、步骤（7）中高温裂解采用高温裂解采用的先驱体浆料为含有SiC和ZrC纳米陶瓷粉的聚碳硅烷浆料，其由聚碳硅烷、二甲苯、SiC纳米陶瓷粉和ZrC纳米陶瓷粉按照10∶5∶1∶0.5的质量比通过机械搅拌均匀混合而成，所述的机械搅拌是在65℃水浴锅中，以55r/min转速搅拌6h。

其它均同实施例2。

对照例1

与实施例1不同之处在于：步骤（2）所述的CVI沉积热解炭界面层厚度为0.2μm；其它均同实施例1。

对照例2

与实施例2不同之处在于：不进行步骤（9）CVD沉积SiC过程；其它均同实施例2。

对照例3

与实施例3不同之处在于：不进行步骤（3）和步骤（6）的浸渍、固化、低温裂解过程，步骤（2）结束后跳过步骤（3）将所得预制体直接进行步骤（4）并且重复5次，接着进行步骤（5），步骤（5）结束后跳过步骤（6）直接进行步骤（7）并且重复5次；其它均同实施例3。

截取实施例1~7和对比例1~3制备所得用于偏流板的耐热板随机部位的试样，并按标准GB/T 25995、GJB 6475、GB/T 3356、GJB 323A、GB/T 7287测试制备的截取试样的性能，结果如表1所示。由表1可知：本发明所制备的耐热板致密度高、烧蚀率极低、红外发射率低，力学性能优异。

Claims (8)

1.一种用于偏流板的耐热板的制备方法，其特征在于，步骤如下：

（1）、加工碳纤维预制体：将密度为0.4~0.55g/cm³的碳纤维预制体加工成与最终耐热板产品形状一致、尺寸富有余量的预制体；

（2）、CVI沉积热解炭界面层：将步骤（1）所得预制体置于CVI沉积炉内，在预制体表面制得一层热解炭界面层，热解炭界面层的厚度为1~2μm；

（3）、浸渍、固化、低温裂解：

（3a）、真空浸渍：将步骤（2）所得预制体放入真空浸渍桶中，先抽真空至真空度为9~11Pa，保真空0.5~1h后，注入先驱体浆料，再保真空0.5~1h，然后破真空取出；所述先驱体浆料为陶瓷先驱体浆料，或者为含有纳米陶瓷粉的陶瓷先驱体浆料；所述陶瓷先驱体浆料是由陶瓷先驱体与溶剂按照10∶（3~8）的质量比混合而成；所述含有纳米陶瓷粉的陶瓷先驱体浆料是由陶瓷先驱体、溶剂、纳米陶瓷粉按照10∶（3~8）∶（0.5~2）的质量比混合而成；

（3b）、压力浸渍：将步骤（3a）所得预制体放入压力浸渍罐中，升温至50~70℃，通入保护气体至压力浸渍罐内压力为1~6MPa，保温1~5h，自然降温至室温，取出；

（3c）、固化：将步骤（3b）所得预制体以5~10℃/min的升温速率升温至120~250℃，保温3~10h，自然降温至室温，取出；

（3d）、低温裂解：将步骤（3c）所得预制体放入烧结炉中，炉内为真空状态或微正压状态，以5~10℃/min的升温速率升温至低温裂解温度850~1400℃，保温1.5~10h，然后在保护气氛围下自然降温至室温，取出；所述真空状态的真空度为200Pa以下；所述微正压状态是通入保护气体至炉内压力为100~200kPa，气体流量为4~10L/min；

（3e）、将步骤（3d）所得制品进行步骤（3a）~（3d），重复2~4次；

（4）、浸渍、固化、高温裂解：

（4a）、真空浸渍：将步骤（3e）所得制品代替步骤（3a）中的步骤（2）所得预制体，其它操作同步骤（3a）；

（4b）、压力浸渍：将步骤（4a）所得制品代替步骤（3b）中的步骤（3a）所得预制体，其它操作同步骤（3b）；

（4c）、固化：将步骤（4b）所得制品代替步骤（3c）中的步骤（3b）所得预制体，其它操作同步骤（3c）；

（4d）、高温裂解：将步骤（4c）所得制品代替步骤（3d）中的步骤（3c）所得预制体，同时高温裂解代替低温裂解，高温裂解温度为1400~1700℃，其它操作同步骤（3d）；

（4e）、将步骤（4d）所得制品进行步骤（4a）~（4d），重复1~3次；

（5）、机械粗加工：将步骤（4e）所得制品进行机械粗加工；

（6）、浸渍、固化、低温裂解：将步骤（5）所得制品进行步骤（3a）~（3d），重复2~4次；

（7）、浸渍、固化、高温裂解：将步骤（6）所得制品进行步骤（4a）~（4d），重复1~3次；

（8）、机械精加工：将步骤（7）所得制品进行机械精加工；

（9）、CVD沉积SiC：将步骤（8）所得制品通过CVD在制品表面制备一层SiC涂层，即获得用于偏流板的耐热板。

2.如权利要求1所述的用于偏流板的耐热板的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述碳纤维预制体通过1~12K碳纤维以2.5D针刺、2.5D穿刺或3D编织的成型方式制备而成。

3.如权利要求1所述的用于偏流板的耐热板的制备方法，其特征在于：所述陶瓷先驱体为聚甲基硅烷、聚碳硅烷、聚碳锆烷、聚硅氮烷、聚硼硅氮烷、聚锆碳硅烷中的一种或多种；所述溶剂为二乙烯基苯、二甲苯、甲苯中的一种或多种；所述纳米陶瓷粉为硅、锆以及其它过渡金属元素的碳化物、氮化物和硼化物中的一种或多种。

4.如权利要求3所述的用于偏流板的耐热板的制备方法，其特征在于：所述纳米陶瓷粉为SiC、ZrC、B₄C、HfC、TaC、WC、WB、Si₃N₄、ZrN、BN、HfN、SiBCN、SiB₄、ZrB₂、HfB₂、TaB₂中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的用于偏流板的耐热板的制备方法，其特征在于：陶瓷先驱体浆料或含有纳米陶瓷粉的陶瓷先驱体浆料采用机械搅拌的方式混合，机械搅拌条件为：在50~70℃下，以50~60r/min的转速搅拌1~10h。

6.如权利要求1所述的用于偏流板的耐热板的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，CVI沉积热解炭界面层的过程为：将步骤（1）所得预制体置于CVI沉积炉内，抽真空至炉内真空度为200Pa以下，然后升温至800~1500℃，随后以5~15L/min的流量通入碳源气体，控制炉内压力为0.5~20kPa，保温1~60h；保温结束后，向炉内通入保护气体，在保护气氛下自然降温至室温，取出，即在预制体表面制得一层热解炭界面层。

7.如权利要求6所述的用于偏流板的耐热板的制备方法，其特征在于：所述碳源气体选自天然气、甲烷、丙烷、丙烯中的一种或多种。

8.如权利要求1所述的用于偏流板的耐热板的制备方法，其特征在于：步骤（9）中，CVD沉积SiC的过程为：将步骤（8）所得制品以甲基三氯硅烷为先驱体，以氢气为载气，以氩气为稀释气体，以氢气为还原气体，通过CVD在制品表面制备一层SiC涂层，即获得用于偏流板的耐热板；其中，CVD的参数条件为：沉积温度为800~1500℃，沉积压力为1~20kPa，沉积时间为5~200h；所述还原气体与先驱体的摩尔比为8~20∶1，所述先驱体的流量为1~15g/min，所述稀释气体的流量为2~20L/min，所述还原气体的流量由还原气体与先驱体的摩尔比来确定，所述载气的流量为100~200mL/min。