CN115180983B - 一种陶瓷基复合材料基体的高熵陶瓷改性方法和由此制得的高熵改性复合材料 - Google Patents

一种陶瓷基复合材料基体的高熵陶瓷改性方法和由此制得的高熵改性复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种陶瓷基复合材料基体的高熵陶瓷改性方法，包括：将陶瓷基复合材料基体置于包含Ti、Hf、Nb、Ta和Mo金属元素的高熵碳化物陶瓷前驱体溶液中进行浸渍；依次进行固化和高温裂解，得到具有连续网络结构的高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体；在B4C改性的聚碳硅烷前驱体溶液中浸渍；依次进行固化和高温裂解，得到高熵改性陶瓷基复合材料。本发明还涉及通过上述方法制得的高熵改性复合材料。本发明方法制得的高熵改性陶瓷基复合材料具有良好的力学性能。

Description

一种陶瓷基复合材料基体的高熵陶瓷改性方法和由此制得的 高熵改性复合材料
技术领域
本发明涉及航空航天材料技术领域，具体涉及一种陶瓷基复合材料基体的高熵陶瓷改性方法和由此制得的高熵改性复合材料。
背景技术
航空航天飞行器的结构件对陶瓷基复合材料的力学性能要求都比较高，传统的ZrC、HfC、TaC等高熔点超高温陶瓷难以满足需求。高熵陶瓷是一种新型的多元陶瓷共溶体，具备模量高、熔点高、热膨胀系数低等优异性能，有望满足航空航天飞行器结构件对高力学性能陶瓷基复合材料的需求。
然而，目前高熵改性手段主要用于陶瓷材料尤其是陶瓷粉体的改性，而且多采用粉材料作为高熵改性的原料，还没有采用粉体材料对陶瓷基复合材料基体尤其是纤维基体材料进行高熵改性的报道。据信粉体材料对这类材料进行高熵改性，无法获得高拉伸强度或高拉伸模量的块体复合材料。
如果采用液相前驱体合成法对陶瓷基复合材料基体尤其是纤维基体材料进行高熵改性时，据信力学性能例如拉伸强度等提高有限，无法获得高力学强度的高熵改性复合材料，其原因目前还未明确，推测可能有如下原因：有机物质的存在，高温裂解会在材料中孔隙，无法得到高致密度的材料；无法实现充分浸渍，导致材料不均匀，内部出现强度弱区；制备温度过高，损伤基体材料例如纤维基体材料的纤维强度，从而严重限制其宏观力学性能的提升，且难以实现对现有陶瓷基复合材料的改性。因此，目前亟需发展一种能够解决上述技术问题的陶瓷基复合材料基体的高熵陶瓷改性方法以制备具有高力学性能的高熵改性复合材料。
发明内容
本发明实施例提供了一种陶瓷基复合材料基体的高熵陶瓷改性方法以及由该方法制得的具有优异力学性能的高熵改性复合材料。
本发明在第一方面提供了一种陶瓷基复合材料基体的高熵陶瓷改性方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将陶瓷基复合材料基体置于包含Ti、Hf、Nb、Ta和Mo金属元素的高熵碳化物陶瓷前驱体溶液中进行第一浸渍，得到第一浸渍材料；
(2)对所述第一浸渍材料依次进行第一固化和第一高温裂解，得到具有连续网络结构的高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体，其中x1+x2+x3+x4+x5＝1；
(3)将所述高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体置于聚碳硅烷前驱体溶液中进行第二浸渍，得到第二浸渍材料；
(4)对所述第二浸渍材料依次进行第二固化和第二高温裂解从而将SiC基体填充进入所述高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体的连续网络结构中，得到高熵改性陶瓷基复合材料。
在一些优选的实施方式中，所述聚碳硅烷前驱体溶液通过如下方法制备：将B4C、聚碳硅烷、二甲苯按照质量比0.05:1:1混合并搅拌均匀。
在另一些优选的实施方式中，x1、x2、x3、x4和x5独立地为0.15-0.25。
在另一些优选的实施方式中，所述第一浸渍包括依次进行的第一真空浸渍和第一压力浸渍。
在另一些优选的实施方式中，第一真空浸渍的浸渍时间为0.5-5h，真空度为50-5000Pa；第一压力浸渍的浸渍时间为0.5-5h，浸渍压力为0.5-5MPa。
在另一些优选的实施方式中，所述第二浸渍包括依次进行的第二真空浸渍和第二压力浸渍。
在另一些优选的实施方式中，第二真空浸渍的浸渍时间为0.5-3h，真空度为50-5000Pa；第二压力浸渍的浸渍时间为0.5-3h，浸渍压力为0.5-5MPa。
在另一些优选的实施方式中，第一固化的固化压力为0.5-5MPa，固化温度为100-350℃，固化时间为0.5至5h；和/或第一高温裂解的裂解温度为1000-1400℃，裂解时间为0.5至3h。
在另一些优选的实施方式中，第二固化的固化压力为0.5-5MPa，固化温度为150-400℃，固化时间为1至4h；和/或第二高温裂解的裂解温度为900-1300℃，裂解时间为0.5至3h。
本发明在第二方面提供了根据本发明第一方面所述方法制得的高熵改性陶瓷基复合材料；优选的是，所述高熵改性陶瓷基复合材料的室温拉伸强度为350MPa以上，优选为370至400MPa，室温拉伸模量为100GPa以上，优选为100至120GPa；1600℃拉伸强度为200MPa以上，优选为200至240MPa。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)本发明基于有机—无机转化机理将包含Ti、Hf、Nb、Ta、Mo等金属元素的高熵碳化物陶瓷前驱体溶液转化为(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C高熵陶瓷，实现了陶瓷基复合材料基体的高熵陶瓷改性。
(2)本发明利用高熵陶瓷的高构型熵增强不同组元之间的相容性，促使多组元协同增效，将高熵陶瓷优异的物理化学特性引入到陶瓷基复合材料中，提升了陶瓷基复合材料的耐高温性能和力学性能。
(3)本发明可以在相对较低的高温热解温度下制备，从而降低高温裂解造成基体材料的纤维损伤。
(4)本发明所采用的B4C改性聚碳硅烷前驱体溶液可以实现对高熵改性的基体材料的充分浸渍，尤其是在组合使用真空浸渍和压力浸渍的情况下，并提升其高温力学性能。
(5)本发明制得的高熵改性复合材料具有优异的力学强度。
附图说明
图1显示(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体的扫描电子显微镜照片。
图2显示SiC填充后的(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体的扫描电子显微镜照片。
图3显示(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体的扫描电子显微镜照片。
图4显示SiC填充后的(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体的扫描电子显微镜照片。
图5显示(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体的扫描电子显微镜照片。
图6显示SiC填充后的(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体的扫描电子显微镜照片。
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，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。
如上所述，本发明在第一方面提供了一种陶瓷基复合材料基体的高熵陶瓷改性方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将陶瓷基复合材料浸渍于包含Ti、Hf、Nb、Ta、Mo等金属元素的高熵碳化物陶瓷前驱体溶液中进行第一浸渍，得到第一浸渍材料。
(2)对所述第一浸渍材料依次进行第一固化和第一高温裂解，得到具备连续网络结构的高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体，其中x1+x2+x3+x4+x5＝1；
(3)将得到的高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体置于聚碳硅烷前驱体溶液中进行第二浸渍，得到第二浸渍材料；
(4)对所述第二浸渍材料依次进行第二固化和第二高温裂解从而将SiC基体填充进入所述高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体的连续网络结构中，最终实现陶瓷基复合材料基体的高熵陶瓷改性，得到高熵改性陶瓷基复合材料。
在一些优选的实施方式中，所述高熵碳化物陶瓷前驱体溶液可以由Ti、Hf、Nb、Ta、Mo的金属醇盐、乙酰丙酮、烯丙基硼酚醛配制而成，例如按1:1:1:1:1:5:6的摩尔比配制而成。更优选的是，所述金属醇盐为C3至C5的醇与相应金属缩合形成的金属醇盐，例如正丙醇与相应金属缩合形成的金属醇盐(即金属正丙醇盐)。
在一些特别优选的实施方式中，所述聚碳硅烷前驱体溶液通过如下方法制备：将B4C、聚碳硅烷、二甲苯按照质量比0.05:1:1混合并搅拌均匀。
在一些优选的实施方式中，所制备的高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C中，x1、x2、x3、x4、x5可以独立地为0.15-0.25，例如为0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24或0.25。如果x1、x2、x4中一个或多个值过低，则可能导致相应金属所带来的力学强度贡献相对较小；如果x1、x2、x4中一个或多个值过高，则可能导致需要相对较高的第一高温裂解温度和相对较长的第一高温裂解时间；如果x3和x5过低，则可以导致需要相对较高的第一高温裂解温度；如果x3和x5过高，则可能导致所得的高熵改性复合材料的力学强度相对较低。
在一些优选的实施方式中，所述第一浸渍包括依次进行的第一真空浸渍和第一压力浸渍。
在一些更优选的实施方式中，所述第一真空浸渍的浸渍时间可以为0.5-5h(例如可以为0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h、3.5h、4.0h、4.5h或5.0h)；所述第一真空浸渍的浸渍真空度可以为50-5000Pa(例如可以为50Pa、500Pa、1000Pa或5000Pa)；所述第一压力浸渍的浸渍时间可以为0.5-5h(例如可以为0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h、3.5h、4.0h、4.5h或5.0h)；所述第一压力浸渍的浸渍压力为0.5-5MPa(例如可以为0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa、3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.5MPa或5.0MPa)。
在一些优选的实施方式中，第一固化的固化压力可以为0.5-5MPa(例如可以为0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa、3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.5MPa或5.0MPa)；第一固化的固化温度可以为100-350℃(例如可以为100℃、150℃、200℃、250℃、300℃或350℃)；第一固化的固化时间可以为0.5至5h(例如可以为0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h、3.5h、4.0h、4.5h、5.0h)。第一高温裂解的裂解温度可以为1000-1400℃(例如可以为1000℃、1100℃、1200℃、1300℃或1400℃)；第一高温裂解的裂解时间可以为0.5至3h(例如可以为0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h)。
在一些优选的实施方式中，所述第二浸渍包括依次进行的第二真空浸渍和第二压力浸渍。
在一些更优选的实施方式中，第二真空浸渍的浸渍时间为0.5-3h(例如可以为0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h或3.0h)；第二真空浸渍的浸渍真空度为50-5000Pa(例如可以为50Pa、500Pa、1000Pa或5000Pa)；第二压力浸渍的浸渍时间可以为0.5-3h(例如可以为0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h或3.0h)；第二压力浸渍的浸渍压力可以为0.5-5MPa(例如可以为0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa、3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.5MPa或5.0MPa)。
在一些优选的实施方式中，第二固化的固化压力可以为0.5-5MPa(例如可以为0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa、3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.5MPa或5.0MPa)；第二固化的固化温度为150-400℃(例如可以为150℃、200℃、250℃、300℃、350℃或400℃)；第二固化的固化时间可以为1至4h(例如可以1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h、3.5h、4.0h)；第二高温裂解的裂解温度可以为900-1300℃(例如可以为900℃、1000℃、1100℃、1200℃或1300℃)；第二高温裂解的裂解时间可以为0.5至3h(例如可以为0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h)。
在一些优选的实施方式中，在步骤(1)至(4)中，除了真空浸渍(包括第一真空浸渍和第二真空浸渍)之外，其他工艺过程都在惰性气氛(例如氮气或氩气)的保护下中进行。
本发明在第二方面提供了由本发明第一方面所述的方法制得的高熵改性陶瓷基复合材料。优选的是，所述高熵改性陶瓷基复合材料的室温拉伸强度为350MPa以上，例如可以为350、360、370、380、390或400MPa，优选为370至400MPa；室温拉伸模量为100GPa以上，例如可以100、110或120GPa，优选为100至120GPa；室温弯曲强度为380MPa以上，例如可以为380、390、400、410、420或430，优选为400至430MPa；1600℃拉伸强度为200MPa以上，例如可以为200、210、220、230、240或250，优选为200至240MPa。
实施例
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。
在下述实施例中，除了真空浸渍之外，其他工艺过程都在氩气气氛的保护下中进行。
实施例1
(1)(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体制备：将C/C-ZrC陶瓷基复合材料(室温拉伸强度172MPa、室温拉伸模量42.5GPa、室温弯曲强度159MPa、1600℃高温拉伸强度128MPa)浸渍于包含Ti、Hf、Nb、Ta和Mo金属元素的高熵碳化物陶瓷前驱体溶液中(由Ti、Hf、Nb、Ta、Mo的金属正丙醇盐、乙酰丙酮、烯丙基硼酚醛按1:1:1:1:1:5:6的摩尔比配制)，先后经过真空浸渍(真空浸渍时间为1.0h、真空度为500Pa)、压力浸渍(压力浸渍时间为1.0h、压力为3.0MPa)，浸渍之后先后进行固化(固化压力为3.0MPa，固化温度为300℃，固化时间为3.0h)和高温裂解(裂解温度为1400℃，裂解时间为2.0h)，得到具备连续网络结构的高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体(x1＝0.2，x2＝0.2，x3＝0.2，x4＝0.2，x5＝0.2)，该基体即为高熵陶瓷改性C/C-ZrC复合材料，其微观形貌如图1所示。
(2)SiC基体填充：将得到的高熵陶瓷改性C/C-ZrC复合材料浸渍于改性聚碳硅烷前驱体溶液(将B4C、聚碳硅烷、二甲苯按照质量比0.05:1:1混合并搅拌均匀)中，先后经过真空浸渍(真空浸渍时间为2.0h、真空度为1000Pa)、压力浸渍(压力浸渍时间为2.0h、压力为2.5MPa)，浸渍之后先后进行固化(固化压力为2.5MPa，固化温度为300℃，固化时间2.0h)和高温裂解(裂解温度为1000℃，裂解时间2.5h)，从而将SiC基体填充进入高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体的连续网络结构中，最终实现C/C-ZrC复合材料基体的高熵陶瓷改性，得到经高熵陶瓷改性的陶瓷基复合材料，其微观形貌如图2所示。
(3)力学性能测试：将该种复合材料加工成用于室温拉伸、室温弯曲和高温拉伸性能测试的样条。经检测，室温拉伸强度为379MPa，室温拉伸模量为102GPa，室温弯曲强度426MPa，1600℃高温拉伸强度为231MPa。
实施例2
(1)(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体制备：将C/C-HfC陶瓷基复合材料(室温拉伸强度161MPa、室温拉伸模量43.1GPa、室温弯曲强度155MPa、1600℃高温拉伸强度112MPa)浸渍于包含Ti、Hf、Nb、Ta和Mo金属元素的高熵碳化物陶瓷前驱体溶液(由Ti、Hf、Nb、Ta、Mo的金属正丙醇盐、乙酰丙酮、烯丙基硼酚醛按1:1:1:1:1:5:6的摩尔比配制)中，先后经过真空浸渍(真空浸渍时间为1.5h、真空度为1000Pa)、压力浸渍(压力浸渍时间为1.5h、压力为2.0MPa)，浸渍之后先后进行固化(固化压力为2.0MPa，固化温度为250℃，固化时间为2.5h)和高温裂解(裂解温度为1300℃，裂解时间为1.5h)，得到具备连续网络结构的高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体(x1＝0.2，x2＝0.2，x3＝0.2，x4＝0.2，x5＝0.2)，该基体即为高熵陶瓷改性C/C-HfC复合材料，其微观形貌如图3所示。
(2)SiC基体填充：将得到的高熵陶瓷改性C/C-HfC复合材料浸渍于聚碳硅烷前驱体溶液(将B4C、聚碳硅烷、二甲苯按照质量比0.05:1:1混合并搅拌均匀)中，先后经过真空浸渍(真空浸渍时间为3.0h、真空度为500Pa)、压力浸渍(压力浸渍时间为3.0h、压力为2.0MPa)，浸渍之后先后进行固化(固化压力为2.0MPa，固化温度为350℃，固化时间4.0h)和高温裂解(裂解温度为1100℃，裂解时间2.0h)，从而将SiC基体填充进入高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体的连续网络结构中，最终实现C/C-HfC复合材料基体的高熵陶瓷改性，得到经高熵陶瓷改性的陶瓷基复合材料，其微观形貌如图4所示。
(3)力学性能测试：将该种复合材料加工成用于室温拉伸、室温弯曲和高温拉伸性能测试的样条。经检测，室温拉伸强度为398MPa，室温拉伸模量为115GPa，室温弯曲强度412MPa，1600℃高温拉伸强度为208MPa。
实施例3
(1)(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体制备：将C/C-TaC陶瓷基复合材料(室温拉伸强度167MPa、室温拉伸模量38.4MPa、室温弯曲强度165MPa、1600℃高温拉伸强度118MPa)浸渍于包含Ti、Hf、Nb、Ta和Mo金属元素的高熵碳化物陶瓷前驱体溶液(由Ti、Hf、Nb、Ta、Mo的金属正丙醇盐、乙酰丙酮、烯丙基硼酚醛按1:1:1:1:1:5:6的摩尔比配制)中，先后经过真空浸渍(真空浸渍时间为4.5h、真空度为500Pa)、压力浸渍(压力浸渍时间为3.5h、压力为2.5MPa)，浸渍之后先后进行固化(固化压力为2.5MPa，固化温度为200℃，固化时间为3.5h)和高温裂解(裂解温度为1350℃，裂解时间为2.0h)，得到具备连续网络结构的高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体(x1＝0.2，x2＝0.2，x3＝0.2，x4＝0.2，x5＝0.2)，该基体即为高熵陶瓷改性C/C-TaC复合材料，其微观形貌如图5所示。
(2)SiC基体填充：将得到的高熵陶瓷改性C/C-TaC复合材料浸渍于聚碳硅烷前驱体溶液(将B4C、聚碳硅烷、二甲苯按照质量比0.05:1:1混合并搅拌均匀)中，先后经过真空浸渍(真空浸渍时间为1.5h、真空度为5000Pa)、压力浸渍(压力浸渍时间为3.0h、压力为3.0MPa)，浸渍之后先后进行固化(固化压力为3.0MPa，固化温度为250℃，固化时间3.5h)和高温裂解(裂解温度为1200℃，裂解时间1.5h)，从而将SiC基体填充进入高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体的连续网络结构中，最终实现C/C-TaC复合材料基体的高熵陶瓷改性，得到经高熵陶瓷改性的陶瓷基复合材料，其微观形貌如图6所示。
(3)力学性能测试：将该种复合材料加工成用于室温拉伸、室温弯曲和高温拉伸性能测试的样条。经检测，室温拉伸强度为378MPa，室温拉伸模量为109GPa，室温弯曲强度418MPa，1600℃高温拉伸强度为205MPa。
对比例1
(1)对未进行高熵陶瓷改性的C/C-ZrC复合材料进行SiC基体改性：将复合材料浸渍于实施例1所用的聚碳硅烷前驱体溶液(将B4C、聚碳硅烷、二甲苯按照质量比0.05:1:1混合并搅拌均匀)中，先后经过真空浸渍(真空浸渍时间为2.0h、真空度为1000Pa)、压力浸渍(压力浸渍时间为2.0h、压力为2.5MPa)，浸渍之后先后进行固化(固化压力为2.5MPa，固化温度为300℃，固化时间2.0h)和高温裂解(裂解温度为1000℃，裂解时间2.5h)，实现C/C-ZrC复合材料基体的SiC改性，得到经SiC基体改性的陶瓷基复合材料。
(2)力学性能测试：将该复合材料加工成用于室温拉伸和高温拉伸性能测试的样条。经检测，室温拉伸强度为229MPa，室温拉伸模量为76.9GPa，室温弯曲强度191MPa，1600℃高温拉伸强度为160MPa。
对比例2
(1)对未进行高熵陶瓷改性的C/C-HfC复合材料进行SiC基体改性：将复合材料浸渍于实施例2所述的聚碳硅烷前驱体溶液(将B4C、聚碳硅烷、二甲苯按照质量比0.05:1:1混合并搅拌均匀)中，先后经过真空浸渍(真空浸渍时间为3.0h、真空度为500Pa)、压力浸渍(压力浸渍时间为3.0h、压力为2.0MPa)，浸渍之后先后进行固化(固化压力为2.0MPa，固化温度为350℃，固化时间4.0h)和高温裂解(裂解温度为1100℃，裂解时间2.0h)，从而实现C/C-HfC复合材料基体的SiC改性，得到经SiC基体改性的陶瓷基复合材料。
(2)力学性能测试：将该复合材料加工成用于室温拉伸和高温拉伸性能测试的样条。经检测，室温拉伸强度为210MPa，室温拉伸模量为76.5GPa，室温弯曲强度172MPa，1600℃高温拉伸强度为139MPa。
对比例3
(1)对未进行高熵陶瓷改性的C/C-TaC复合材料进行SiC基体改性：将得到的复合材料浸渍于实施例3所述的聚碳硅烷前驱体溶液(将B4C、聚碳硅烷、二甲苯按照质量比0.05:1:1混合并搅拌均匀)中，先后经过真空浸渍(真空浸渍时间为1.5h、真空度为500Pa)、压力浸渍(压力浸渍时间为3.0h、压力为3.0MPa)，浸渍之后先后进行固化(固化压力为3.0MPa，固化温度为250℃，固化时间3.5h)和高温裂解(裂解温度为1200℃，裂解时间1.5h)，从而实现C/C-TaC复合材料基体的SiC改性，得到经SiC基体改性的陶瓷基复合材料。
(2)力学性能测试：将该复合材料加工成用于室温拉伸和高温拉伸性能测试的样条。经检测，室温拉伸强度为203MPa，室温拉伸模量为78.8GPa，室温弯曲强度为188MPa，1600℃高温拉伸强度为163MPa。
对比例4
(1)采用与实施例1基本相同的方式进行，不同指出在于，在制备高熵陶瓷改性C/C-ZrC复合材料时，采用包含包含Ti、Hf、Nb和Mo金属元素的高熵碳化物陶瓷前驱体溶液(由Ti、Hf、Nb、Mo的金属醇盐、乙酰丙酮、烯丙基硼酚醛按1:1:1:1:4:5的比例配制)，得到(Ti0.25Hf0.25Nb0.25Mo0.25)C基体。
(2)力学性能测试：将该种复合材料加工成用于室温拉伸和高温拉伸性能测试的样条。经检测，室温拉伸强度为287MPa，室温拉伸模量为89.5GPa，室温弯曲强度382MPa，1600℃高温拉伸强度为171MPa。
对比例5
(1)采用与实施例2基本相同的方式进行，不同指出在于，在制备高熵陶瓷改性C/C-ZrC复合材料时，采用包含Ti、Zr、Hf、Nb、Ta金属元素的高熵碳化物陶瓷前驱体溶液(由Ti、Zr、Hf、Nb、Ta的金属醇盐、乙酰丙酮、烯丙基酚醛按1:1:1:1:1:5:6的比例配制)，得到(Ti0.2Zr0.2Hf0.2Nb0.2Ta0.2)C基体，并且使用未经改性的聚碳硅烷溶液(平均分子量为1400，纯度为98.5％)溶液代替实施例1中的聚碳硅烷前驱体溶液。
(2)力学性能测试：将该种复合材料加工成用于室温拉伸和高温拉伸性能测试的样条。经检测，室温拉伸强度为312MPa，室温拉伸模量为88.7GPa，室温弯曲强度355MPa，1600℃高温拉伸强度为165MPa。
对比例6
(1)采用与实施例1基本相同的方法进行，不同的是，第一浸渍单独采用真空浸渍的方式进行(真空浸渍时间为1.0h、真空度为500Pa)，第二浸渍单独采用真空浸渍的方式进行(真空浸渍时间为1.0h、真空度为1000Pa)，即第一浸渍和第二浸渍不进一步进行压力浸渍。
(2)力学性能测试：将该种复合材料加工成用于室温拉伸和高温拉伸性能测试的样条。经检测，室温拉伸强度为305MPa，室温拉伸模量为73.2GPa，室温弯曲强度为344MPa，1600℃高温拉伸强度为185MPa。
表1.各实施例和对比例制得的改性材料的性能。
Figure BDA0003776254810000141
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 (6)

1.一种陶瓷基复合材料基体的高熵陶瓷改性方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）将陶瓷基复合材料基体置于包含Ti、Hf、Nb、Ta和Mo金属元素的高熵碳化物陶瓷前驱体溶液中进行第一浸渍，得到第一浸渍材料；所述高熵碳化物陶瓷前驱体溶液由Ti、Hf、Nb、Ta、Mo的金属醇盐、乙酰丙酮、烯丙基硼酚醛配制而成；
（2）对所述第一浸渍材料依次进行第一固化和第一高温裂解，得到具有连续网络结构的高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体，其中x1+x2+x3+x4+x5=1；
（3）将所述高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体置于B4C改性的聚碳硅烷前驱体溶液中进行第二浸渍，得到第二浸渍材料；
（4）对所述第二浸渍材料依次进行第二固化和第二高温裂解从而将SiC基体填充进入所述高熵陶瓷(Tix1Hfx2Nbx3Tax4Mox5)C基体的连续网络结构中，得到高熵改性陶瓷基复合材料；
所述聚碳硅烷前驱体溶液通过如下方法制备：将B4C、聚碳硅烷、二甲苯按照质量比0.05:1:1混合并搅拌均匀；
所述第一浸渍包括依次进行的第一真空浸渍和第一压力浸渍；
第一真空浸渍的浸渍时间为0.5-5 h，真空度为50-5000 Pa；
第一压力浸渍的浸渍时间为0.5-5 h，浸渍压力为0.5-5 MPa；
所述第二浸渍包括依次进行的第二真空浸渍和第二压力浸渍；
第二真空浸渍的浸渍时间为0.5-3 h，真空度为50-5000 Pa；
第二压力浸渍的浸渍时间为0.5-3 h，浸渍压力为0.5-5 MPa。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
x1、x2、x3、x4和x5独立地为0.15-0.25。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
第一固化的固化压力为0.5-5 MPa，固化温度为100-350℃，固化时间为0.5至5h；和/或
第一高温裂解的裂解温度为1000-1400℃，裂解时间为0.5至3h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
第二固化的固化压力为0.5-5 MPa，固化温度为150-400℃，固化时间为1至4h；和/或
第二高温裂解的裂解温度为900-1300℃，裂解时间为0.5至3h。
5.根据权利要求1至4中任一项所述方法制得的高熵改性陶瓷基复合材料，其特征在于：
所述高熵改性陶瓷基复合材料的室温拉伸强度为350MPa以上；室温拉伸模量为100GPa以上；室温弯曲强度为380MPa以上；1600℃拉伸强度为200MPa以上。
6.根据权利要求5所述的高熵改性陶瓷基复合材料，其特征在于，所述高熵改性陶瓷基复合材料的室温拉伸强度为370至400MPa；
室温拉伸模量为100至120GPa；
室温弯曲强度为400至430MPa；
1600℃拉伸强度为200至240MPa。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115925423B (zh) * 2022-11-21 2023-07-18 中国科学院兰州化学物理研究所 一种高性能单相自润滑高熵陶瓷材料及其制备方法
CN115784758B (zh) * 2022-11-24 2024-01-16 航天特种材料及工艺技术研究所 一种多元固溶体改性碳纤维增韧陶瓷基复合材料及其制备方法
CN115784746B (zh) * 2022-12-08 2024-01-16 航天特种材料及工艺技术研究所 一种高熵陶瓷基复合材料及其制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102910927A (zh) * 2012-11-16 2013-02-06 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法
CN103387405A (zh) * 2013-07-10 2013-11-13 航天材料及工艺研究所 一种碳化硅/碳化硅复合材料构件的制备方法
CN110423119A (zh) * 2019-08-07 2019-11-08 航天特种材料及工艺技术研究所 一种耐烧蚀C/SiC陶瓷基复合材料的制备方法
CN111892424A (zh) * 2020-07-07 2020-11-06 航天特种材料及工艺技术研究所 一种在基体材料上形成的宽温域抗烧蚀涂层及其制备方法
CN113321510A (zh) * 2021-07-14 2021-08-31 航天特种材料及工艺技术研究所 一种高熵陶瓷基复合材料及其制备方法
CN113666765A (zh) * 2021-09-29 2021-11-19 北京理工大学 一种连续纤维增强高熵陶瓷基复合材料及其制备方法
CN114133251A (zh) * 2021-12-22 2022-03-04 成都成维精密机械制造有限公司 一种浸渍浆料及其制备方法
CN114163252A (zh) * 2021-12-22 2022-03-11 成都成维精密机械制造有限公司 一种超高温碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法及超高温碳化硅陶瓷基复合材料
CN114195525A (zh) * 2022-01-11 2022-03-18 成都成维精密机械制造有限公司 一种低氧含量陶瓷基复合材料的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10875813B2 (en) * 2017-07-17 2020-12-29 Northrop Grumman Innovation Systems, Inc. Preceramic resin formulations, impregnated fibers comprising the preceramic resin formulations, and related methods

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102910927A (zh) * 2012-11-16 2013-02-06 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法
CN103387405A (zh) * 2013-07-10 2013-11-13 航天材料及工艺研究所 一种碳化硅/碳化硅复合材料构件的制备方法
CN110423119A (zh) * 2019-08-07 2019-11-08 航天特种材料及工艺技术研究所 一种耐烧蚀C/SiC陶瓷基复合材料的制备方法
CN111892424A (zh) * 2020-07-07 2020-11-06 航天特种材料及工艺技术研究所 一种在基体材料上形成的宽温域抗烧蚀涂层及其制备方法
CN113321510A (zh) * 2021-07-14 2021-08-31 航天特种材料及工艺技术研究所 一种高熵陶瓷基复合材料及其制备方法
CN113666765A (zh) * 2021-09-29 2021-11-19 北京理工大学 一种连续纤维增强高熵陶瓷基复合材料及其制备方法
CN114133251A (zh) * 2021-12-22 2022-03-04 成都成维精密机械制造有限公司 一种浸渍浆料及其制备方法
CN114163252A (zh) * 2021-12-22 2022-03-11 成都成维精密机械制造有限公司 一种超高温碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法及超高温碳化硅陶瓷基复合材料
CN114195525A (zh) * 2022-01-11 2022-03-18 成都成维精密机械制造有限公司 一种低氧含量陶瓷基复合材料的制备方法

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