CN114671695A - 一种碳化物复合材料及其生产方法和制品 - Google Patents

一种碳化物复合材料及其生产方法和制品 Download PDF

Info

Publication number
CN114671695A
CN114671695A CN202210196253.5A CN202210196253A CN114671695A CN 114671695 A CN114671695 A CN 114671695A CN 202210196253 A CN202210196253 A CN 202210196253A CN 114671695 A CN114671695 A CN 114671695A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon
preform
composite material
carbide composite
porous structure
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.)
Pending
Application number
CN202210196253.5A
Other languages
English (en)
Inventor
施远
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN202210196253.5A priority Critical patent/CN114671695A/zh
Publication of CN114671695A publication Critical patent/CN114671695A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明公开了一种碳化物复合材料及其生产方法和制品，生产方法包括：将含碳颗粒与第一纤维按照预定比例混合，第一纤维分散在含碳颗粒中形成混合粉体；将混合粉体压制成预定形状，形成预制体，预制体中第一纤维的体积含量大于10％；热解处理预制体，预制体中的含碳颗粒碳化形成具有多孔结构的碳骨架，第一纤维分散在多孔结构的碳骨架中；向多孔结构的碳骨架中灌注熔渗材料，并加热多孔结构的碳骨架，熔渗材料与多孔结构的碳骨架中的碳发生熔渗反应，形成碳化物复合材料，第一纤维分散在碳化物复合材料中增韧碳化物复合材料。本发明的生产方法制得的碳化物复合材料具有良好的高温抗氧化性和耐磨性，具有140MPa以上的弯曲强度。

Description

一种碳化物复合材料及其生产方法和制品
技术领域
本发明涉及陶瓷基复合材料制备技术领域，尤其涉及一种碳化物复合材料及其生产方法和制品。
背景技术
陶瓷基复合材料，具有先进陶瓷材料的各种优异性能，如耐高温、抗腐蚀、高强度、高刚度和相对比重底等。同时通过高效增韧相纤维的引入，克服了陶瓷材料的固有脆性，有效提高其损伤容限和可靠性。
目前，生产纤维增韧陶瓷基复合材料以及陶瓷基复合材料结构件的方法主要包括化学气相渗透法(Chemical Vapor Infiltration-CVI)、前驱体转化法(PrecursorInfiltration Pyrolysis-PIP)、金属熔渗法(Metal Reaction Infiltration-MRI)等。
然而，现有技术中生产纤维增韧陶瓷基复合材料的方法，还存在着成本高、耗时长、产量小以及产率低等问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种碳化物复合材料及其生产方法，熔渗材料有效均匀的熔渗到多孔结构的预制体中，与多孔结构的预制体中的碳有效均匀的反应，可使所制备材料中游离碳的含量最小化，不会造成增强相纤维的衰退，保证和/或增加了复合材料的抗氧化和抗腐蚀性能，有效提高了所制备材料和构件的使用寿命、质量稳定可靠性。
根据本发明的第一个方面，提供了一种碳化物复合材料的生产方法，包括：
将含碳颗粒与第一纤维按照预定比例混合，所述第一纤维分散在所述含碳颗粒中形成混合粉体；
将所述混合粉体压制成预定形状，形成预制体，所述预制体中第一纤维的体积含量大于10％；
热解处理所述预制体，所述预制体中的所述含碳颗粒碳化形成具有多孔结构的碳骨架，所述第一纤维分散在所述多孔结构的碳骨架中；
向所述多孔结构的碳骨架中灌注熔渗材料，并加热所述多孔结构的碳骨架，所述熔渗材料与所述多孔结构的碳骨架中的碳发生熔渗反应，形成碳化物复合材料，所述第一纤维分散在所述碳化物复合材料中增韧所述碳化物复合材料。
可选择地，所述热解处理所述预制体，包括：
将所述预制体加热至第一温度，并保持所述预制体处于所述第一温度的状态第一预设时长，其中，所述第一温度大于所述含碳颗粒的碳化温度。
可选择地，在所述第一温度下，所述含碳颗粒中的部分成分受热分解生成气态产物，所述气态产物从所述预制体向外逸出时在所述预制体中形成多个孔结构，所述含碳颗粒未被分解的部分成分碳化形成所述多孔结构的碳骨架，所述多孔结构的碳骨架保留了多个所述孔结构。
可选择地，多个所述孔结构中的部分所述孔结构为纳米级和/或微米级的开放孔；另一部分所述孔结构为纳米级和/或微米级的封闭孔。
可选择地，在所述预制体中，所述含碳颗粒和所述第一纤维之间形成有初始孔隙。
可选择地，所述所述气态产物从所述预制体向外逸出形成多个孔结构，包括：
部分所述气态产物沿着所述初始孔隙从所述预制体中逸出，将所述初始孔隙扩大形成所述孔结构；
部分所述气态产物的逸出路径在所述预制体中形成所述孔结构；
部分所述气态产物在所述预制体中产生的气泡在逸出过程中破裂，或在所述第一预设时长的停止时刻，部分所述气态产物还未从所述预制体中逸出，所述气态产物留存在所述预制体中形成所述孔结构；
多个所述孔结构将所述多孔结构的碳骨架形成为海绵状或者泡沫状的多孔结构。
可选择地，所述熔渗材料包括熔融金属和/或熔融非金属。
可选择地，所述加热所述多孔结构的碳骨架，包括：
将所述多孔结构的碳骨架加热至第二温度，所述第二温度高于所述熔渗材料的熔点。
根据本发明的第二个方面，提供了一种碳化物复合材料，所述碳化物复合材料由上述生产方法得到。
根据本发明的第三个方面，提供了碳化物复合材料的制品，全部或部分由上述材料制成或由上述生产方法直接制成。
本发明的碳化物复合材料的生产方法，通过形成多孔结构的碳骨架，在将熔渗材料灌注到碳骨架的多个孔结构中，以使熔渗材料均匀的熔渗到多孔结构的碳骨架中与碳反应，形成碳化物复合材料，以使碳化物复合材料中游离碳的含量达到最小。并且，本发明的生产方法还在多孔结构的碳骨架中形成了分散的第一纤维，第一纤维在熔渗过程中不参与反应，第一纤维保留碳化物复合材料，起到增强复合材料韧性的效果。
本发明的生产方法制得的碳化物复合材料具有良好的的抗氧化和抗腐蚀性能，能有效提高所制备的材料和结构件制品的使用寿命、质量稳定性和可靠性。
本发明的生产方法制得的碳化物复合材料具有良好的高温抗氧化性和/或较好的耐磨性，具有140MPa以上的弯曲强度，在弯曲试验中的断裂延伸率达到0.15％以上，适用于航空、航天、交通及新能源等领域。
本发明的生产方法可将混合物压制成预定形状直接生产碳化物复合材料制品，节约生产工序，降低生产成本。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是实施例中碳化物复合材料的生产方法的流程图。
图2是实施例中碳化物复合材料的生产方法的流程图。
图3是实施例中形成的多孔结构的预制体的扫描电镜图。
图4是实施例中生产得到的碳化物复合材料的扫描电镜图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征向量可以相互任意组合。
目前，生产纤维增韧陶瓷基复合材料以及陶瓷基复合材料结构件的方法主要包括化学气相渗透法(Chemical Vapor Infiltration-CVI)、前驱体转化法(PrecursorInfiltration Pyrolysis-PIP)、金属熔渗法(Metal Reaction Infiltration-MRI)等。其中，化学气相渗透法的生产耗时极长，生产成本很高，不适合大量生产，严重限制了陶瓷基复合材料的应用范围；前驱体转化法需要处理前驱体，生产的陶瓷基复合材料的性能受处理效果影响，效果不稳定，同时生成耗时较长；金属熔渗法中碳化物的分布受到纤维复合预制体微观结构的影响，无法在大范围内有效均匀熔渗，同时无法与基体中的碳有效反应，容易形成游离碳残留在基体中，严重影响了所制备的复合材料的材料性能，特别是在高温环境下的性能，游离碳在一定温度下就会氧化，容易受到腐蚀，致使材料孔隙率上升，导致其力学与热力学性能等在结构件的实际使用状态不稳定，甚至出现性能下降的情况。
本申请提供了一种碳化物复合材料的生产方法，先形成多孔结构的碳骨架，多孔结构的碳骨架包括多个均匀且密集分布的孔结构，然后向多孔结构的碳骨架中灌注熔渗材料，熔渗材料灌注入到孔结构中与多孔结构的碳骨架充分接触，再加热处理以使熔渗材料与多孔结构的碳骨架中的碳发生熔渗反应，熔渗材料与碳反应生成碳化物复合材料的速度更快、效率更高，减少了碳化物复合材料中游离碳的存在。
本公开示例性的实施例中提供了一种碳化物复合材料的生产方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S110：将含碳颗粒与第一纤维按照预定比例混合，第一纤维分散在含碳颗粒中形成混合粉体。
提供含碳颗粒和第一纤维，并将含碳颗粒和第一纤维按照预定比例均匀混合，含碳颗粒的含量过多，可能会降低第一纤维的增强效果，含碳颗粒的含量过少，在后续制程中可能出现含碳材料碳化不完全的问题，影响碳化物复合材料的产率，本实施例中，含碳颗粒和第一纤维的体积比小于10:1，例如可以为2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1等。含碳颗粒分散堆积在第一纤维四周形成孔隙疏松的混合粉体。混合粉体具有较高的孔隙率，以使在后续制程中混合粉体压缩成的预制体中仍然具有较高孔隙率。
含碳颗粒可以包括活性炭、碳化硅、碳纳米管或其它种类的碳颗粒或碳化物颗粒中的至少一种。
第一纤维可以是任何适用于本方案的有机或无机纤维，例如，第一纤维可以包括碳纤维或碳化硅纤维中的至少一种。本方案中对第一纤维的类型不作限制，可以为短纤维、纤维束或第一纤维的其它纤维材料。其中，第一纤维的其它纤维材料可以为包括第一纤维束的纺织布、针织布或编织布等。一束第一纤维束中含有多根第一纤维单丝，例如一束第一纤维束中含有约3000至12000根第一纤维丝。
下面列出本示例性实施例的具体实施例：
表1示出了本示例性实施例中形成混合粉体的过程的具体参数。需要指出的是，本公开的形成混合粉体中的具体参数并不局限于表1中数据。
表1形成混合粉体的具体实施例
Figure BDA0003525872070000061
可以理解的是，虽然本实施例表1中仅示出的含碳颗粒为活性炭、碳纳米管和碳化硅几种示例，但在实际应用过程中对含碳颗粒的选择不限于此，含碳颗粒还可以为其它材料，含碳颗粒也可以为多种含碳材料的混合颗粒。
步骤S120：将混合粉体压制成预定形状，形成预制体，预制体中第一纤维的体积含量大于10％。
在本实施例中，将混合粉体压制成预定形状，包括：首先，向混合粉体中加入少量水或其它液体，以润湿混合粉体增加混合粉体的粘结性，其中，加入少量水或其它液体后的混合粉体中，水或其它液体含量1％～7％。然后，将混合粉体转移到具有预定结构的模具中，通过模具混合粉体压制成具有预定形状的预制体。
本实施例形成的，利用水或其它液体的润湿效果，将含碳颗粒和第一纤维之间压制成预制体，以免预制体中的粉料散开，并将液体含量限制在1％～7％，确保预制体保留了混合粉体中的部分孔隙，被保留的部分空隙在预制体中形成初始孔隙。
步骤S130：热解处理预制体，预制体中的含碳颗粒碳化形成具有多孔结构的碳骨架，第一纤维分散在多孔结构的碳骨架中。
在本实施例中，热解处理预制体，包括：将预制体置于无氧氛围中，将预制体加热至第一温度，并保持预制体处于第一温度的状态第一预设时长，其中，第一温度大于含碳颗粒的碳化温度。
在第一温度下，含碳颗粒中的部分成分受热分解生成气态产物，气态产物从预制体向外逸出时在预制体中形成多个孔结构，含碳颗粒未被分解的部分成分碳化形成多孔结构的碳骨架，多孔结构的碳骨架保留了多个孔结构。其中，第一温度和第一预设时长根据含碳材料的热解温度以及预制体的尺寸形状调节，以使预制体中的含碳材料充分热解、碳化。
在本实施例中，多个孔结构中的部分孔结构为纳米级和/或微米级的开放孔；另一部分孔结构为纳米级和/或微米级的封闭孔。
部分气态产物沿着初始孔隙从预制体中逸出，将初始孔隙扩大形成孔结构，部分气态产物的逸出路径在预制体中形成新增的孔结构，从预制体中逸出的气态产物在预制体中形成的孔结构为开放孔。
部分气态产物在预制体中产生的气泡在逸出过程中破裂，或在第一预设时长的停止时刻，部分气态产物还未从预制体中逸出，气态产物留存在预制体中形成孔结构，残留预制体中未逸出逸出的气态产物形成的孔结构为封闭孔。
下面列出本示例性实施例的具体实施例：
表2示出了本示例性实施例中形成热解处理预制体的过程的具体参数。需要指出的是，本公开的形成热解处理预制体中的具体参数并不局限于表2中数据。
表2形成热解处理预制体的具体实施例
Figure BDA0003525872070000071
参照图3，本实施例形成的多孔结构的碳骨架，多个孔结构均匀分布，多个孔结构将多孔结构的碳骨架形成为海绵状或者泡沫状的多孔结构。其中，多孔结构的碳骨架的孔隙率大于10％，熔渗材料与多孔结构的预制体中的碳熔渗的速度更快。在一些优选示例中，多孔结构的碳骨架的孔隙率大于30％，在此条件下，多孔结构的碳骨架中的碳与熔渗材料反应的更完全。
参照图3，本实施例形成的多孔结构的碳骨架，多孔结构的碳骨架中孔结构为孔壁厚度小于或等于孔径的薄壁孔，在此条件下，熔渗材料灌注到多孔结构的碳骨架中可通过孔壁迅速渗入至相邻孔进而熔渗整个多孔结构的碳骨架。孔的孔平均直径小于或等于20μm，优选地，孔的平均直径小于15μm，更优选地，孔的平均直径小于10μm。在此条件下，熔渗材料注入多孔结构的碳骨架中可迅速渗入孔壁进入四周相邻孔进而熔渗整个多孔结构的碳骨架。
步骤S140：向多孔结构的碳骨架中灌注熔渗材料并加热多孔结构的碳骨架，并加热多孔结构的碳骨架。
本实施例中，向多孔结构的碳骨架中注入熔融态的熔渗材料和加热多孔结构的碳骨架同时进行，将多孔结构的碳骨架加热至第二温度。或者将多孔结构的碳骨架加热至第二温度，向多孔结构的碳骨架中注入熔融态的熔渗材料。或者，还可以将第二温度的熔融态的熔渗材料注入到多孔结构的碳骨架中。第二温度高于熔渗材料的熔点，以使熔渗材料与多孔结构的碳骨架中的碳发生熔渗反应，进而熔渗材料通过多个孔结构的孔壁进入到向相邻的孔结构中渗透，直到多孔结构的碳骨架中的碳全部与熔渗材料反应形成碳化物复合材料，停止注入熔渗材料。
参照图4，熔渗材料与多孔结构的碳骨架中的碳发生熔渗反应，形成碳化物复合材料，第一纤维分散在碳化物复合材料中增韧所述碳化物复合材料。
在本实施例中，熔渗材料为能够与碳反应成碳化物的熔融金属和/或熔融非金属，例如，熔渗材料可以包括钛、钨、硅等中的至少一种或其化合物。优选地，熔渗材料为熔融态的硅或硅化物。
下面列出本示例性实施例的具体实施例：
表3示出了本示例性实施例中灌注熔渗材料的过程的具体参数。需要指出的是，本公开的形成灌注熔渗材料中的具体参数并不局限于表3中数据。
表3灌注熔渗材料的具体实施例
Figure BDA0003525872070000091
根据表3所示，本实施例中，形成多孔结构的碳骨架之后，通过调整熔渗材料即可形成熔渗材料的碳化物复合材料。在表3中示出了形成碳/碳化硅复合材料(C/SiC)、碳/碳化钛复合材料(C/TiC)以及碳/碳化钨复合材料(C/WC)的示例，在其它实施例中还可以通过调整熔渗材料生产碳/碳化碳化铬(C/CrC)、碳/碳化钽(C/TaC)、碳/碳化钒(C/VC)、碳/碳化锆(C/ZrC)、碳/碳化硼(C/BC)等碳化物复合材料。
本实施例的碳化物复合材料的生产方法，先形成多孔结构的碳骨架，多孔结构的碳骨架包括多个均匀且密集分布的孔结构，然后向多孔结构的碳骨架中灌注熔渗材料，熔渗材料灌注入到孔结构中与多孔结构的碳骨架充分接触，再加热处理以使熔渗材料与多孔结构的碳骨架中的碳发生熔渗反应，熔渗材料与碳反应生成碳化物复合材料的速度更快、效率更高，减少了碳化物复合材料中游离碳的存在。
本公开示例性的实施例中提供了一种碳化物复合材料的生产方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤S210：将含碳颗粒与第一纤维按照预定比例混合，第一纤维分散在含碳颗粒中形成混合粉体。
在本实施例中，以含碳颗粒为活性炭对本实施例进行说明，将活性炭和第一纤维混合形成混合粉体，其它方面和上述实施例的步骤S110的实施方式相同。
步骤S220：向混合粉体中加入添加聚合物树脂，将混合粉体与聚合物树脂压制成预定形状，形成预制体，预制体中第一纤维的体积含量大于10％。
在本实施例中，向混合粉体中添加的聚合物树脂的含量为混合粉体的总质量的10％以下，聚合物树脂增加了混合粉体的润湿度和粘结性，使混合粉体更容易压制成型，表面形成的预制体出现散粉等情况。并且，在后续步骤中，聚合物树脂可以混合粉体中的含碳颗粒共同碳化形成多孔结构的碳骨架。优选地，聚合物树脂的含量为混合粉体的总质量的5％～7％。
步骤S230：热解处理预制体，预制体中的含碳颗粒以及聚合物树脂共同碳化形成具有多孔结构的碳骨架，第一纤维分散在多孔结构的碳骨架中。
活性炭包括由纤维素、半纤维素、木质素三种成分，本实施例中第一温度大于含碳颗粒的碳化温度，且第一温度大于聚合物树脂的碳化温度。在本实施方式中，第一温度高于900℃，第一预设时长大于24小时。
在第一预设时长中，活性炭依次经历水从预制体中挥发逸出、纤维素分子和木质素分子的结合水从预制体中逸出、纤维素和木质素热分解成气体从预制体中逸出、高温下碳化形成芳香族多换化合物的过程。聚合物树脂依次经历分解成气体从预制体中挥发以及碳化的过程。水和气体的逸出过程在预制体中形成多个孔结构，预制体和聚合物树脂的上碳化过程中，多个孔结构被保留，形成了多孔结构的碳骨架，
本实施例中，通过向预制体中加入部分聚合物树脂，增加了从热解过程从预制体中挥发出的气体，在预制体中形成的孔结构更多，形成的多孔结构的孔隙率均在30％以上，能够进一步提高后续步骤的熔渗材料和硅反应的反应速率，提高反应效率。
步骤S240：向多孔结构的碳骨架中灌注熔渗材料并加热多孔结构的碳骨架，并加热多孔结构的碳骨架。
步骤S240的实施方式和上述实施例相同，在此不再赘述。
本实施例中形成的多孔结构的碳骨架的孔为孔壁厚度小于或等于孔径的薄壁孔，多孔结构的碳骨架的孔隙率大于30％，孔结构的孔平均直径小于15μm，多孔结构的碳骨架中的碳与熔渗材料反应的更完全聚合物树脂的含量为混合粉体的总质量的5％～7％，孔结构的平均直径小于10μm，熔渗材料注入多孔结构的碳骨架中可迅速渗入孔壁进入四周相邻孔进而熔渗整个多孔结构的碳骨架。
本实施例的生产方法，生产得到的碳化物复合材料的结构包括碳化物基体、分散于碳化物基体中的第一纤维；第一纤维为碳纤维和/或碳化硅纤维，第一纤维的存在增强了碳化物复合材料的韧性。
本实施例生产得到的碳化物复合材料具有更好的高温抗氧化性和/或较好的耐磨性，并且，经过测试，本实施例生产得到的碳化物复合材料具有140MPa以上的弯曲强度，同时在弯曲试验中，具有0.15％～0.20％以上的断裂延伸率。
此测试结果表明，本发明的生产得到的碳化物复合材料作为隔热材料应用于航天领域，例如作为隔热罩，用于返回式航天飞机；也可以应用于航空技术中，例如作为航空发动机的材料；也可以应用于新能源技术领域，例如反应器、太阳能储热、不同应用环境下的滑动轴承、燃烧室和焚化炉等。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种碳化物复合材料的生产方法，其特征在于，包括：
将含碳颗粒与第一纤维按照预定比例混合，所述第一纤维分散在所述含碳颗粒中形成混合粉体；
将所述混合粉体压制成预定形状，形成预制体，所述预制体中第一纤维的体积含量大于10％；
热解处理所述预制体，所述预制体中的所述含碳颗粒碳化形成具有多孔结构的碳骨架，所述第一纤维分散在所述多孔结构的碳骨架中；
向所述多孔结构的碳骨架中灌注熔渗材料，并加热所述多孔结构的碳骨架，所述熔渗材料与所述多孔结构的碳骨架中的碳发生熔渗反应，形成碳化物复合材料，所述第一纤维分散在所述碳化物复合材料中增韧所述碳化物复合材料。
2.如权利要求1所述的碳化物复合材料的生产方法，其特征在于，所述热解处理所述预制体，包括：
将所述预制体加热至第一温度，并保持所述预制体处于所述第一温度的状态第一预设时长，其中，所述第一温度大于所述含碳颗粒的碳化温度。
3.如权利要求2所述的碳化物复合材料的生产方法，其特征在于，在所述第一温度下，所述含碳颗粒中的部分成分受热分解生成气态产物，所述气态产物从所述预制体向外逸出时在所述预制体中形成多个孔结构，所述含碳颗粒未被分解的部分成分碳化形成所述多孔结构的碳骨架，所述多孔结构的碳骨架保留了多个所述孔结构。
4.如权利要求3所述的碳化物复合材料的生产方法，其特征在于，多个所述孔结构中的部分所述孔结构为纳米级和/或微米级的开放孔；另一部分所述孔结构为纳米级和/或微米级的封闭孔。
5.如权利要求3所述的碳化物复合材料的生产方法，其特征在于，在所述预制体中，所述含碳颗粒和所述第一纤维之间形成有初始孔隙。
6.如权利要求5所述的碳化物复合材料的生产方法，其特征在于，所述所述气态产物从所述预制体向外逸出形成多个孔结构，包括：
部分所述气态产物沿着所述初始孔隙从所述预制体中逸出，将所述初始孔隙扩大形成所述孔结构；
部分所述气态产物的逸出路径在所述预制体中形成所述孔结构；
部分所述气态产物在所述预制体中产生的气泡在逸出过程中破裂，或在所述第一预设时长的停止时刻，部分所述气态产物还未从所述预制体中逸出，所述气态产物留存在所述预制体中形成所述孔结构；
多个所述孔结构将所述多孔结构的碳骨架形成为海绵状或者泡沫状的多孔结构。
7.如权利要求1所述的碳化物复合材料的生产方法，其特征在于，所述熔渗材料包括熔融金属和/或熔融非金属。
8.如权利要求7所述的碳化物复合材料的生产方法，其特征在于，所述加热所述多孔结构的碳骨架，包括：
将所述多孔结构的碳骨架加热至第二温度，所述第二温度高于所述熔渗材料的熔点。
9.一种碳化物复合材料，其特征在于，所述碳化物复合材料由如权利要求1～8中任一项所述生产方法得到。
10.一种碳化物复合材料的制品，其特征在于，全部或部分由权利要求9的材料制成或由权利要求1～8中任一项所述生产方法直接制成。
CN202210196253.5A 2022-03-01 2022-03-01 一种碳化物复合材料及其生产方法和制品 Pending CN114671695A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210196253.5A CN114671695A (zh) 2022-03-01 2022-03-01 一种碳化物复合材料及其生产方法和制品

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210196253.5A CN114671695A (zh) 2022-03-01 2022-03-01 一种碳化物复合材料及其生产方法和制品

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114671695A true CN114671695A (zh) 2022-06-28

Family

ID=82073236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210196253.5A Pending CN114671695A (zh) 2022-03-01 2022-03-01 一种碳化物复合材料及其生产方法和制品

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114671695A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1634860A2 (de) * 2004-09-08 2006-03-15 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Herstellung eines Carbidkeramikmaterials, Carbidkeramikmaterial, Vorkörper für ein carbidkeramisches Bauteil und Verfahren zur Bereitstellung eines Ausgangsmaterials für einen Vorkörper für keramisches Material
EP2053029A1 (de) * 2007-10-23 2009-04-29 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Herstellung eines carbidkeramischen Bauteils und carbidkeramisches Bauteil
EP3736255A1 (de) * 2019-05-06 2020-11-11 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur herstellung eines carbidkeramischen faserverbundmaterials und carbidkeramisches bauteil
CN112279663A (zh) * 2020-10-29 2021-01-29 上海交通大学 一种利用闪烧技术制备连续纤维增强陶瓷基复合材料的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1634860A2 (de) * 2004-09-08 2006-03-15 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Herstellung eines Carbidkeramikmaterials, Carbidkeramikmaterial, Vorkörper für ein carbidkeramisches Bauteil und Verfahren zur Bereitstellung eines Ausgangsmaterials für einen Vorkörper für keramisches Material
EP2053029A1 (de) * 2007-10-23 2009-04-29 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Herstellung eines carbidkeramischen Bauteils und carbidkeramisches Bauteil
EP3736255A1 (de) * 2019-05-06 2020-11-11 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur herstellung eines carbidkeramischen faserverbundmaterials und carbidkeramisches bauteil
CN112279663A (zh) * 2020-10-29 2021-01-29 上海交通大学 一种利用闪烧技术制备连续纤维增强陶瓷基复合材料的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chand Review carbon fibers for composites
JP4647370B2 (ja) 繊維強化炭化ケイ素複合材料及びその製造方法
EP1218312B1 (en) Pitch based foam with particulate
JP3971903B2 (ja) ＳｉＣ繊維強化型ＳｉＣ複合材料の製造方法
CN111099911A (zh) 一种碳纤维增强碳-碳化硅-碳化锆复合材料及其制备方法
JP2000313676A (ja) 繊維強化炭化ケイ素複合材の製造方法
WO1999064361A1 (en) Carbon and ceramic composites fabricated by in-situ polymerization of monomers
CN101636367A (zh) 制造热结构复合材料部件的方法
CN112341235A (zh) 超高温自愈合陶瓷基复合材料的多相耦合快速致密化方法
CN113774720B (zh) 一种碳纤维纸及其制备方法
CN109231993A (zh) 一种含自润滑相高强度炭纤维增强陶瓷基体摩擦材料及其制备方法
WO1999019273A1 (fr) Materiau composite fibreux et son procede de fabrication
CN108658614A (zh) 一种碳化硅陶瓷基复合材料复杂构件近净尺寸成型方法
US3927157A (en) High temperature resistant products and methods for making the same
KR100689636B1 (ko) 금속실리콘 용융침투 공정에 의한 탄소섬유 강화 탄화규소복합체 제조방법
CA2151950A1 (en) Heat-insulating structural carbon material and process for producing heat-insulating structural carbon material
JPS6332863A (ja) 炭素−黒鉛リザ−バ層及びその製造方法
CN114671695A (zh) 一种碳化物复合材料及其生产方法和制品
CN109095929B (zh) 一种碳陶刹车盘制备方法
JPH0355430B2 (zh)
Vohler et al. New forms of carbon
JP2018052791A (ja) 炭素／炭素複合材料の前駆体用マトリックス組成物およびそれを使用したプリプレグの製造方法
JPH01188468A (ja) 摩擦材用炭素繊維強化炭素複合材料
CN112174685A (zh) 一种单向纤维束增强ZrB2-SiC复合材料的制备方法
CN114671694A (zh) 一种碳化物复合材料及其生产方法和制品

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20220628

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication