CN116143535B - 一种碳/陶复合材料的制备方法 - Google Patents
一种碳/陶复合材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116143535B CN116143535B CN202310190761.7A CN202310190761A CN116143535B CN 116143535 B CN116143535 B CN 116143535B CN 202310190761 A CN202310190761 A CN 202310190761A CN 116143535 B CN116143535 B CN 116143535B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon
- ceramic
- carbon fiber
- composite material
- powder
- 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.)
- Active
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 130
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 110
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 110
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 97
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 104
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 104
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 101
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims abstract description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 58
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 46
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 32
- WHJFNYXPKGDKBB-UHFFFAOYSA-N hafnium;methane Chemical compound C.[Hf] WHJFNYXPKGDKBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- LRTTZMZPZHBOPO-UHFFFAOYSA-N [B].[B].[Hf] Chemical compound [B].[B].[Hf] LRTTZMZPZHBOPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000005475 siliconizing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000009941 weaving Methods 0.000 claims abstract description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 1,2-Divinylbenzene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1C=C MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 23
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 23
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 22
- 229920003257 polycarbosilane Polymers 0.000 claims description 22
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 22
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 21
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 13
- 238000000280 densification Methods 0.000 claims description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 12
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims description 10
- 238000001723 curing Methods 0.000 claims description 7
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 27
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 abstract description 19
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 abstract description 19
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 57
- 239000002296 pyrolytic carbon Substances 0.000 description 30
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 7
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009954 braiding Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 4
- 239000012700 ceramic precursor Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 239000011157 advanced composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 238000002468 ceramisation Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000000626 liquid-phase infiltration Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
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
- C04B35/5607—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 based on refractory metal carbides
- C04B35/5622—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 based on refractory metal carbides based on zirconium or hafnium carbides
-
- 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
- C04B35/58—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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/5805—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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides
- C04B35/58064—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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides based on refractory borides
- C04B35/58078—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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides based on refractory borides based on zirconium or hafnium borides
-
- 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
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3804—Borides
- C04B2235/3813—Refractory metal borides
-
- 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
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3817—Carbides
- C04B2235/3826—Silicon carbides
-
- 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
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3817—Carbides
- C04B2235/3839—Refractory metal carbides
-
- 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
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
- C04B2235/483—Si-containing organic compounds, e.g. silicone resins, (poly)silanes, (poly)siloxanes or (poly)silazanes
-
- 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
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5216—Inorganic
- C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
- C04B2235/5248—Carbon, e.g. graphite
-
- 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
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
-
- 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
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
-
- 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)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明公开了一种碳/陶复合材料的制备方法，在碳纤维预制体编织过程中，引入陶瓷混合粉，获得含陶瓷混合粉的碳纤维预制体，然后于碳纤维预制体表面化学气相沉积热解碳层获得碳陶坯体，然后将碳陶坯体进行先驱体浸渍裂解碳化硅获得碳陶多孔体、再将碳陶多孔体进行化学气相沉积热解碳增密，最后再进行反应熔渗硅，即得碳/陶复合材料，所述陶瓷混合粉由碳化铪粉、硼化铪粉、硼化锆粉组成。本发明利用粗糙层结构热解碳与碳纤维形成紧密界面结合，保护碳纤维免受硅的高温侵蚀；控制先驱体浸渍裂解碳化硅的结构为多孔结构，降低反应熔渗后复合材料中游离硅的含量；获得具有优异力学性能以及耐蚀性能的复合材料。
Description
技术领域
本发明公开了一种碳/陶复合材料的制备方法，属于碳/陶复合材料制备技术领域。
背景技术
碳/陶复合材料是一种以碳纤维为增强体、耐高温陶瓷为主要基体的先进复合材料，具有质量轻、比强度高、耐高温氧化等优异性能，在航空、航天、交通运输等领域具有广阔的应用前景。
先驱体浸渍裂解是向碳纤维预制体中引入陶瓷相的常用方法，其制备的碳/陶复合材料具有力学性能高等优点，但该方法存在两大缺陷：其一增密效率低，以密度为2.00g/cm3的复合材料为例，需要15个左右工艺周期；其二制造成本高，以碳化铪陶瓷先驱体为例，折算成复合材料中的陶瓷重量，消耗的陶瓷先驱体原材料成本是陶瓷粉末原材料的10倍左右，高昂的成本限制了碳/陶复合材料的应用拓展。反应熔渗是制备碳/陶复合材料的重要方法，该方法制备的碳/陶复合材料具有工艺流程短、制造成本低、致密度高等优点，是汽车、高速轨道列车、航空航天等高温结构材料的优选方法。反应熔渗利用毛细管效应将熔融硅渗入碳/陶复合材料中的孔隙，与碳/陶复合材料中的碳在高温下反应生成碳化硅实现陶瓷化。反应熔渗过程中，碳纤维与热解碳的界面可成为熔融硅渗入的通道，渗入的硅与碳纤维反应，破坏碳纤维表面结构，严重损伤碳纤维的力学性能。此外，受限于硅在固态热解碳中的扩散深度，碳化硅仅在热解碳表面生成，致使渗入复合材料孔隙中的部分硅无碳源进行反应，以游离硅的形式残留在复合材料中，损伤复合材料的力学性能和物理性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种碳/陶复合材料的制备方法。本发明的制备方法，在碳纤维预制体的编织过程中，引入碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉，在碳/陶复合材料中快速、高效引入超高温、耐氧化陶瓷；利用粗糙层结构热解碳与碳纤维形成紧密界面结合，保护碳纤维免受硅的高温侵蚀；控制先驱体浸渍裂解碳化硅的结构为多孔结构，降低反应熔渗后复合材料中游离硅的含量。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明一种碳/陶复合材料的制备方法，在碳纤维预制体编织过程中，引入陶瓷混合粉，获得含陶瓷混合粉的碳纤维预制体，然后于碳纤维预制体表面化学气相沉积热解碳层获得碳陶坯体，然后将碳陶坯体进行先驱体浸渍裂解碳化硅获得碳陶多孔体、再将碳陶多孔体进行化学气相沉积热解碳增密，最后再进行反应熔渗硅，即得碳/陶复合材料，所述陶瓷混合粉由碳化铪粉、硼化铪粉、硼化锆粉组成。
本发明的制备方法，碳纤维预制体的制备过程中即引入碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉，大幅缩短反应周期，同时所引入的陶瓷混合粉，可以填满预制体网胎层内部的大孔，热解碳沉积于陶瓷混合粉的表面，包裹住陶瓷混合粉，增大后续熔融硅的反应面积，同时利用先驱体浸渍裂解形成多孔碳化硅填充复合材料中的大孔隙，再在碳化硅的孔隙内壁化学气相沉积热解碳，提高热解碳的比表面积，在上面两者的协同下，可以大幅降低反应熔渗后复合材料中游离硅的含量，从而提升复合材料的力学性能。
本发明一种碳/陶复合材料的制备方法，所述陶瓷混合粉中，按质量比计，碳化铪粉：硼化铪粉：硼化锆粉＝20-70:20-80:10-60。
发明人发现，采用碳化铪粉、硼化铪粉、硼化锆粉互配形成陶瓷混合粉，不仅具有优异的耐高温性能，而且所得复合材料具有非常高的力学性能，而若硼化铪粉的配入量过少，则会影响陶瓷改性碳/碳复合材料在2000℃以下的高温氧化性能，碳化铪粉配入过少，将导致力学性能的下降。
本发明一种碳/陶复合材料的制备方法，所述碳化铪粉的粒径为1-3μm、硼化铪粉的粒径为5-10μm、硼化锆粉的粒径为5-10μm。
发明人发现，将各粉末的粒径控制在上述范围，最终所得复合材料的性能最优，在上述粒径的协同下，不仅可以很好的填充预制体网胎层内部直径为50-200μm的大孔，从而增大反应熔渗的比表面积，降低反应熔渗后复合材料中游离硅的含量，而且最终所得复合材料的力学性能最优。
本发明一种碳/陶复合材料的制备方法，所述陶瓷混合粉通过将碳化铪粉、硼化铪粉、硼化锆粉球磨混料得到，球磨混料过程中，控制球磨的转速为30-40r/min，球磨的时间为10-12h。
优选地，所述球磨混料过程中，磨球为碳化硅球。
本发明中球磨采用干式球磨。
本发明一种碳/陶复合材料的制备方法，所述碳纤维预制体中，陶瓷混合粉的质量分数为50-80％。
发明人发现，将混合粉的质量分数控制在上述范围内，最终所得碳/陶复合材料的性能最优。
本发明一种碳/陶复合材料的制备方法，所述碳纤维预制体的密度为0.45-0.90g/cm3。
本发明一种碳/陶复合材料的制备方法，所述碳纤维预制体，由碳纤维网胎层、陶瓷混合粉、碳纤维无纬布层叠，连续针刺获得，控制陶瓷混合粉均匀平铺在碳纤维网胎层的表面。
在碳纤维预制体的过程中，将陶瓷混合粉均匀平铺在碳纤维网胎层的表面，可以使混合粉填满碳纤维网胎层的大孔，同时由于在化学气相沉积过程中，碳富集在薄形网毡层中，因此可以更好的实现碳沉积在陶瓷混合粉的表面，包裹住陶瓷混合粉。
优选地，位于中间层的碳纤维网胎层上、下表面均平铺有陶瓷混合粉。在本发明中，中间层是指除最外层之外的层。
优选地，所述碳纤维预制体中，相邻碳纤维无纬布的排列方向互成90°。发明人发现，控制碳纤维预制体中，相邻碳纤维无纬布的排列方向互成90°，最终所得复合材料的性能最优，且可避免产生大量边角料。
优选地，所述针刺的行距、间距均≤3mm。
优选地，所述碳纤维预制体分为N层预制体基本单元，任意一层预制体基本单元，均由碳纤维网胎层、陶瓷混合粉、碳纤维无纬布依次层叠，连续针刺获得，所述碳纤维预制体的制备过程为：先于碳纤维网胎层表面均匀平铺陶瓷混合粉，然后于陶瓷混合粉上方铺设碳纤维无纬布，再经连续针刺获得第一层预制体基本单元，然后在第一层预制体基本单元的碳纤维无纬布表面均匀平铺陶瓷混合粉，再于其上设置第二层预制体基本单元，然后在第二层预制体基本单元的碳纤维无纬布表面均匀平铺陶瓷混合粉，依此类推，当获得第N层预制体基本单元后，再通过将N层预制体基本单元针刺组合获得碳纤维预制体。
通过本发明的制备方法，可以实现同一预制体基本单元中陶瓷混合粉在碳纤维网胎中的均匀分布，且碳纤维网胎层上、下表面均平铺有陶瓷混合粉，同时采用本发明中碳纤维预制体的制备方法，可以确保，碳纤维预制体可以承载本发明中，质量分数为50-80％的混合粉。
本发明一种碳/陶复合材料的制备方法，所述化学气相沉积热解碳层时，以C3H6为碳源气体、H2为稀释气体，所述C3H6与H2的质量流量比为40-50:1，温度为940-950℃，炉内压力为10-12kPa。
在本发明中，通过将化学气相沉积热解碳增密时的工艺参数控制在上述范围内，使所得热解碳为粗糙层结构热解碳，发明人发现，粗糙层结构热解碳不仅可以环绕在碳纤维表面，与碳纤维形成紧密界面结合，同时将沉积在陶瓷混合粉的表面，包裹住陶瓷混合粉。
本发明一种碳/陶复合材料的制备方法，所述化学气相沉积热解碳层后所得碳陶坯体的密度为1.00-1.40g/cm3。
本发明一种碳/陶复合材料的制备方法，所述先驱体浸渍裂解碳化硅的工艺过程为：将碳陶坯体加入浸渍液中浸渍，再经固化、裂解，获得碳陶多孔体，
所述浸渍液为由聚碳硅烷树脂与二乙烯基苯组成的混合液，所述浸渍液中聚碳硅烷树脂与二乙烯基苯的质量比为1:0.7-0.8；
所述固化、裂解的过程为：真空度≤1000Pa，升温速率为10-20℃/min，保温温度为1100-1200℃，保温时间为60-120min。
本发明的先驱体浸渍裂解碳化硅采用聚碳硅烷树脂与二乙烯基苯组成的混合液，再结合本发明在真空条件下，快速升温固化、裂解，使所得碳化硅为多孔形貌，发明人发现，熔渗反应主要发生在碳/碳复合材料中由热解碳构成的孔隙内壁，是一种浅表层反应，反应深度为数微米，熔渗时尺寸较大孔隙内的硅不能完全反应，成为游离硅残留在复合材料中。为了减少复合材料中大孔隙的数量，本发明以多孔碳化硅填充复合材料中的大孔隙，再在碳化硅的孔隙内壁化学气相沉积热解碳，提高热解碳的比表面积，从而降低反应熔渗后复合材料中游离硅的含量。
优选地，所述浸渍液的获取过程为，将聚碳硅烷树脂与二乙烯基苯于50-60℃，机械搅拌8-10h即得。在实际的操作过程中，采用油浴加热。
更优选地，所述聚碳硅烷树脂的氧含量≤1％、软化点为180-230℃、陶瓷产率≥55％。
优选地，所述浸渍的过程为：将碳陶坯体置于浸渍罐中，抽真空至100Pa以下，然后注入浸渍液，充氩气至压力为0.5-0.7MPa，保压0.5-1h。
在实际操作过程中，将浸渍后的碳/陶复合材料坯体置于感应加热炉中，抽真空后加热进行树脂固化、裂解、烧结。
本发明一种碳/陶复合材料的制备方法，所述碳陶多孔体的密度为1.30-1.65g/cm3。
本发明一种碳/陶复合材料的制备方法，所述化学气相沉积增密时，以C3H6为碳源气体、H2为稀释气体，所述C3H6与H2的质量流量比为30-40:1，温度为920-950℃，炉内压力为6-10kPa。
通过本发明的化学气相沉积增密，将热解碳沉积于多孔碳化硅中的孔隙内壁，提高热解碳的比表面积，从而降低反应熔渗后复合材料中游离硅的含量。
本发明一种碳/陶复合材料的制备方法，所述化学气相沉积热解碳增密后所得复合材料的密度为1.45-1.80g/cm3。
本发明一种碳/陶复合材料的制备方法，所述反应熔渗硅的工艺为：真空度≤1000Pa，升温速率为5-10℃/min，保温温度为1500-1800℃，保温时间为30-60min；
优选地，所述反应熔渗硅所用硅粉的粒径为30-50μm，硅粉中硅的质量分数≥98％。
本发明一种碳/陶复合材料的制备方法，所述碳/陶复合材料的密度为1.96-2.40g/cm3，抗压强度为340-560MPa。
优点及积极效果
本发明在预制体中编织碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉，实现碳化铪等超高温、耐氧化陶瓷在碳/陶复合材料中的快速、高效引入；利用粗糙层结构热解碳与碳纤维形成紧密界面结合，保护碳纤维免受硅的高温侵蚀，解决反应熔渗过程中高温硅熔体对碳纤维的侵蚀问题；控制先驱体浸渍裂解碳化硅的结构为多孔结构，降低反应熔渗后复合材料中游离硅的含量，解决游离硅的残留问题，具有以下优点。
(1)本发明的预制体编织碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉，相比于先驱体浸渍裂解，使工艺周期由15个左右缩短至1个，显著减少电能的消耗。
(2)本发明的预制体编织碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉，在预制体中的质量分数高达50-80％，且可在质量比为20-70:20-80:10-60的较宽范围内进行调控。
(3)本发明的预制体编织碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉，所述陶瓷粉末原材料成本仅为陶瓷先驱体裂解所得的10％左右，可实现高性能碳/陶复合材料的低成本制备。
(4)本发明的热解碳保护层的结构为粗糙层结构热解碳，环绕在碳纤维表面与碳纤维形成紧密界面结合，在后续先驱体浸渍裂解及反应熔渗过程中阻止含硅液体渗入碳纤维/热解碳界面，有效保护碳纤维免受硅的高温侵蚀。相比于通常的光滑层结构热解碳保护层，粗糙层结构热解碳保护层使复合材料的力学性能提升20-30％。
(5)本发明采用快速升温工艺，对聚碳硅烷树脂进行固化、裂解，过程中大量气体的逸出产生明显的造孔效应，获得碳化硅的结构为多孔结构。本发明的聚碳硅烷树脂固化、裂解、烧结工艺为：真空度≤1000Pa、升温速率为10-20℃/min、保温温度为1100-1200℃、保温时间为60-120min。
(6)本发明的先驱体浸渍裂解的多孔结构碳化硅，填充于复合材料中的大小孔隙，多孔结构碳化硅中的孔隙内壁经化学气相沉积热解碳后，在后续反应熔渗过程中为熔融硅提供数量更多、尺寸更小、分布更均匀的反应空间，增大反应的比表面积，有效降低复合材料中游离硅的含量，复合材料中游离硅的质量百分比降低40-80％，强度提高20-45％。
附图说明
图1为本发明的技术路线图。
图2为本发明实施例1所制得的碳/陶复合材料的微观结构。可见复合材料中的孔隙被先驱体浸渍裂解的多孔结构碳化硅完全填充；碳纤维与基体界面未受到陶瓷相侵蚀。
具体实施方式
实施例1
先将粒径为1-10μm的碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉编织到碳纤维预制体中，然后依次进行化学气相沉积热解碳保护层、先驱体浸渍裂解碳化硅、化学气相沉积热解碳增密，最后进行反应熔渗碳化硅，制备碳/陶复合材料。所述碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉由碳化铪粉、硼化铪粉、硼化锆粉球磨混料得到，3种粉末的粒径分别为1-3μm、5-10μm、5-10μm，质量比为20:70:12，球磨混料工艺为：干式球磨、转速为30r/min、球磨时间为12小时。所述碳纤维预制体由预制体基本单元依次叠置通过针刺得到；所述预制体基本单元由碳纤维网胎层、碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉、碳纤维无纬布依次叠置构成，且陶瓷混合粉均匀平铺在碳纤维网胎层的表面；第一层预制体基本单元连续针刺后，在其上的无纬布上均匀平铺陶瓷混合粉，再在其上叠置第二层预制体基本单元并进行连续针刺，实现同一预制体基本单元中陶瓷混合粉在碳纤维网胎中的均匀分布，以此类推，得到由预制体基本单元通过针刺得到的碳纤维预制体；所述针刺密度为：相邻行之间的距离1.5mm，同一行内的间距1.5mm；所述碳纤维预制体中，相邻无纬布的排列方向互成90°；所述碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉均匀平铺在碳纤维网胎层的上、下两个表面；所述预制体的密度为0.51g/cm3，陶瓷混合粉的质量分数为54％。所述化学气相沉积热解碳保护层的工艺为：以C3H6为碳源气体、H2为稀释气体，控制C3H6与H2的流量比为50:1、温度为940℃、炉内压力为12kPa，所得复合材料的密度为1.13g/cm3。所述先驱体浸渍裂解碳化硅的浸渍工艺为：真空加压浸渍，加压压力为0.5MPa，保压时间为0.5h；所述浸渍液为聚碳硅烷树脂与二乙烯基苯混合液，聚碳硅烷树脂与二乙烯基苯的质量比为1:0.7；所述聚碳硅烷树脂的氧含量≤1％、软化点为180-230℃、陶瓷产率≥55％；所述聚碳硅烷树脂固化、裂解、烧结工艺为：真空度≤1000Pa、升温速率为20℃/min、保温温度为1200℃、保温时间为60min，所得复合材料的密度为1.32g/cm3。所述化学气相沉积热解碳增密工艺为：以C3H6为碳源气体、H2为稀释气体，控制C3H6与H2流量比为30:1、温度为920℃、炉内压力为10kPa，所得复合材料的密度为1.49g/cm3。所述反应熔渗碳化硅的工艺为：真空度≤1000Pa、升温速率为5℃/min、保温温度为1800℃、保温时间为30min，所得复合材料的密度为2.34g/cm3、抗压强度为512MPa。
实施例2
先将粒径为1-10μm的碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉编织到碳纤维预制体中，然后依次进行化学气相沉积热解碳保护层、先驱体浸渍裂解碳化硅、化学气相沉积热解碳增密，最后进行反应熔渗碳化硅，制备碳/陶复合材料。所述碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉由碳化铪粉、硼化铪粉、硼化锆粉球磨混料得到，3种粉末的粒径分别为1-3μm、5-10μm、5-10μm，质量比为40:40:35，球磨混料工艺为：干式球磨、转速为35r/min、球磨时间为11小时。所述碳纤维预制体由预制体基本单元依次叠置通过针刺得到；所述预制体基本单元由碳纤维网胎层、碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉、碳纤维无纬布依次叠置构成，且陶瓷混合粉均匀平铺在碳纤维网胎层的表面；第一层预制体基本单元连续针刺后，在其上的无纬布上均匀平铺陶瓷混合粉，再在其上叠置第二层预制体基本单元并进行连续针刺，实现同一预制体基本单元中陶瓷混合粉在碳纤维网胎中的均匀分布，以此类推，得到由预制体基本单元通过针刺得到的碳纤维预制体；所述针刺密度为：相邻行之间的距离2mm，同一行内的间距2mm；所述碳纤维预制体中，相邻无纬布的排列方向互成90°；所述碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉均匀平铺在碳纤维网胎层的上、下两个表面；所述预制体的密度为0.64g/cm3，陶瓷混合粉的质量分数为62％。所述化学气相沉积热解碳保护层的工艺为：以C3H6为碳源气体、H2为稀释气体，控制C3H6与H2的流量比为45:1、温度为940℃、炉内压力为11kPa，所得复合材料的密度为1.25g/cm3。所述先驱体浸渍裂解碳化硅的浸渍工艺为：真空加压浸渍，加压压力为0.6MPa，保压时间为1h；所述浸渍液为聚碳硅烷树脂与二乙烯基苯混合液，聚碳硅烷树脂与二乙烯基苯的质量比为1:0.7-0.8；所述聚碳硅烷树脂的氧含量≤1％、软化点为180-230℃、陶瓷产率≥55％；所述聚碳硅烷树脂固化、裂解、烧结工艺为：真空度≤1000Pa、升温速率为15℃/min、保温温度为1150℃、保温时间为90min，所得复合材料的密度为1.45g/cm3。所述化学气相沉积热解碳增密工艺为：以C3H6为碳源气体、H2为稀释气体，控制C3H6与H2流量比为40:1、温度为930℃、炉内压力为8kPa，所得复合材料的密度为1.61g/cm3。所述反应熔渗碳化硅的工艺为：真空度≤1000Pa、升温速率为8℃/min、保温温度为1700℃、保温时间为45min，所得复合材料的密度为2.21g/cm3、抗压强度为437MPa。
实施例3
先将粒径为1-10μm的碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉编织到碳纤维预制体中，然后依次进行化学气相沉积热解碳保护层、先驱体浸渍裂解碳化硅、化学气相沉积热解碳增密，最后进行反应熔渗碳化硅，制备碳/陶复合材料。所述碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉由碳化铪粉、硼化铪粉、硼化锆粉球磨混料得到，3种粉末的粒径分别为1-3μm、5-10μm、5-10μm，质量比为70:25:50，球磨混料工艺为：干式球磨、转速为40r/min、球磨时间为10小时。所述碳纤维预制体由预制体基本单元依次叠置通过针刺得到；所述预制体基本单元由碳纤维网胎层、碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉、碳纤维无纬布依次叠置构成，且陶瓷混合粉均匀平铺在碳纤维网胎层的表面；第一层预制体基本单元连续针刺后，在其上的无纬布上均匀平铺陶瓷混合粉，再在其上叠置第二层预制体基本单元并进行连续针刺，实现同一预制体基本单元中陶瓷混合粉在碳纤维网胎中的均匀分布，以此类推，得到由预制体基本单元通过针刺得到的碳纤维预制体；所述针刺密度为：相邻行之间的距离2.5mm，同一行内的间距2.5mm；所述碳纤维预制体中，相邻无纬布的排列方向互成90°；所述碳化铪/硼化铪/硼化锆混合粉均匀平铺在碳纤维网胎层的上、下两个表面；所述预制体的密度为0.82g/cm3，陶瓷混合粉的质量分数为78％。所述化学气相沉积热解碳保护层的工艺为：以C3H6为碳源气体、H2为稀释气体，控制C3H6与H2的流量比为40:1、温度为940℃、炉内压力为10kPa，所得复合材料的密度为1.38g/cm3。所述先驱体浸渍裂解碳化硅的浸渍工艺为：真空加压浸渍，加压压力为0.7MPa，保压时间为0.5-1h；所述浸渍液为聚碳硅烷树脂与二乙烯基苯混合液，聚碳硅烷树脂与二乙烯基苯的质量比为1:0.7-0.8；所述聚碳硅烷树脂的氧含量≤1％、软化点为180-230℃、陶瓷产率≥55％；所述聚碳硅烷树脂固化、裂解、烧结工艺为：真空度≤1000Pa、升温速率为10℃/min、保温温度为1120℃、保温时间为120min，所得复合材料的密度为1.63g/cm3。所述化学气相沉积热解碳增密工艺为：以C3H6为碳源气体、H2为稀释气体，控制C3H6与H2流量比为30:1、温度为940℃、炉内压力为6kPa，所得复合材料的密度为1.77g/cm3。所述反应熔渗碳化硅的工艺为：真空度≤1000Pa、升温速率为5℃/min、保温温度为1800℃、保温时间为30min，所得复合材料的密度为2.04g/cm3、抗压强度为369MPa。
对比例1
其他条件与实施例1相同，仅是将化学气相沉积热解碳保护层的工艺改变为：以C3H6为碳源气体、H2为稀释气体，C3H6与H2的流量比为80:1、温度为900℃、炉内压力为6kPa，热解碳的结构由粗糙层改变为光滑层。由于光滑层结构热解碳与碳纤维界面存在缝隙，在后续反应熔渗过程中成为熔融硅的侵蚀通道，损伤碳纤维的结构，所得碳/陶复合材料的抗压强度由512MPa降低至305MPa。
对比例2
其他条件与实施例1相同，仅是减除先驱体浸渍裂解碳化硅碳工艺，由于失去驱体浸渍裂解多孔碳化硅中孔隙内壁的大比表面积，致使后续反应熔渗的空间均匀性降低，复合材料中的游离硅残留增加，所得碳/陶复合材料的抗压强度由512MPa降低至327MPa。
对比例3
其他条件与实施例3相同，仅是将针刺密度由：相邻行之间的距离2.5mm、同一行内的间距2.5mm，改变为：相邻行之间的距离4.0mm、同一行内的间距4.0mm，由于针刺密度降低导致预制体基本单元之间的结合力，以及预制体基本单元内部的碳纤维网胎层、陶瓷混合粉、碳纤维无纬布之间的结合力减弱，致使预制体无法编织成型，承载质量分数为78％的陶瓷混合粉。
对比例4
其他条件与实施例2相同，仅是将两次化学气相沉积合并，即在沉积热解碳时，直接至复合材料坯体密度为1.61g/cm3，然后再依次先驱体浸渍裂解碳化硅、反应熔渗硅，复合材料中的游离硅残留增加，所得碳/陶复合材料的抗压强度由327MPa降低至168MPa。
Claims (7)
1.一种碳/陶复合材料的制备方法，其特征在于：在碳纤维预制体编织过程中，引入陶瓷混合粉，获得含陶瓷混合粉的碳纤维预制体，然后于碳纤维预制体表面化学气相沉积热解碳层获得碳陶坯体，然后将碳陶坯体进行先驱体浸渍裂解碳化硅获得碳陶多孔体、再将碳陶多孔体进行化学气相沉积热解碳增密，最后再进行反应熔渗硅，即得碳/陶复合材料，所述陶瓷混合粉由碳化铪粉、硼化铪粉、硼化锆粉组成；
所述陶瓷混合粉中，按质量比计，碳化铪粉：硼化铪粉：硼化锆粉=20-70:20-80:10-60；
所述碳化铪粉的粒径为1-3μm、硼化铪粉的粒径为5-10μm、硼化锆粉的粒径为5-10μm；
所述碳纤维预制体中，陶瓷混合粉的质量分数为50-80%；
所述碳纤维预制体的密度为0.45-0.90g/cm3；
所述碳纤维预制体分为N层预制体基本单元，任意一层预制体基本单元，均由碳纤维网胎层、陶瓷混合粉、碳纤维无纬布依次层叠，连续针刺获得，所述碳纤维预制体的制备过程为：先于碳纤维网胎层表面均匀平铺陶瓷混合粉，然后于陶瓷混合粉上方铺设碳纤维无纬布，再经连续针刺获得第一层预制体基本单元，然后在第一层预制体基本单元的碳纤维无纬布表面均匀平铺陶瓷混合粉，再于其上设置第二层预制体基本单元，然后在第二层预制体基本单元的碳纤维无纬布表面均匀平铺陶瓷混合粉，依此类推，当层叠第N层预制体基本单元后，再通过将N层预制体基本单元针刺组合获得碳纤维预制体；
所述于碳纤维预制体表面化学气相沉积热解碳层时，以C3H6为碳源气体、H2为稀释气体，所述C3H6与H2的质量流量比为40-50:1，温度为940-950℃，炉内压力为10-12kPa；
所述先驱体浸渍裂解碳化硅的工艺过程为：将碳陶坯体加入浸渍液中浸渍，再经固化、裂解，获得碳陶多孔体，
所述浸渍的过程为：将碳陶坯体置于浸渍罐中，抽真空至100Pa以下，然后注入浸渍液，充氩气至压力为0.5-0.7MPa，保压0.5-1h；
所述浸渍液为由聚碳硅烷树脂与二乙烯基苯组成的混合液，所述浸渍液中聚碳硅烷树脂与二乙烯基苯的质量比为1:0.7-0.8；
所述固化、裂解的过程为：真空度≤1000Pa，升温速率为10-20℃/min，保温温度为1100-1200℃，保温时间为60-120min；
所述碳陶多孔体的密度为1.30-1.65g/cm3。
2.根据权利要求1所述的一种碳/陶复合材料的制备方法，其特征在于：
所述陶瓷混合粉通过将碳化铪粉、硼化铪粉、硼化锆粉球磨混料得到，球磨混料过程中，控制球磨的转速为30-40r/min，球磨的时间为10-12h。
3.根据权利要求1或2所述的一种碳/陶复合材料的制备方法，其特征在于：
所述碳纤维预制体中，相邻碳纤维无纬布的排列方向互成90°。
4.根据权利要求1或2所述的一种碳/陶复合材料的制备方法，其特征在于：
所述化学气相沉积热解碳层后所得碳陶坯体的密度为1.00-1.40g/cm3。
5.根据权利要求1或2所述的一种碳/陶复合材料的制备方法，其特征在于：
所述浸渍液的获取过程为，将聚碳硅烷树脂与二乙烯基苯于50-60℃，机械搅拌8-10h即得。
6.根据权利要求1或2所述的一种碳/陶复合材料的制备方法，其特征在于：
所述化学气相沉积热解碳增密后所得复合材料的密度为1.45-1.80g/cm3；
所述反应熔渗硅的工艺为：真空度≤1000Pa，升温速率为5-10℃/min，保温温度为1500-1800℃，保温时间为30-60min；
所述反应熔渗硅所用硅粉的粒径为30-50μm，硅粉中硅的质量分数≥98%。
7.根据权利要求1或2所述的一种碳/陶复合材料的制备方法，其特征在于：所述碳/陶复合材料的密度为1.96-2.40g/cm3，抗压强度为340-560MPa。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310190761.7A CN116143535B (zh) | 2023-03-02 | 2023-03-02 | 一种碳/陶复合材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310190761.7A CN116143535B (zh) | 2023-03-02 | 2023-03-02 | 一种碳/陶复合材料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116143535A CN116143535A (zh) | 2023-05-23 |
| CN116143535B true CN116143535B (zh) | 2024-05-31 |
Family
ID=86361764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310190761.7A Active CN116143535B (zh) | 2023-03-02 | 2023-03-02 | 一种碳/陶复合材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116143535B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4752503A (en) * | 1984-07-20 | 1988-06-21 | Societe Europeenne De Propulsion | Process for the manufacture of a composite material with refractory fibrous reinforcement and ceramic matrix |
| CN1850730A (zh) * | 2006-05-26 | 2006-10-25 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 气相渗硅工艺制备碳纤维增强碳化硅基复合材料的方法 |
| CN104557097A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-04-29 | 中南大学 | 一种碳/碳复合材料的快速致密方法 |
| CN108424160A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-08-21 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种短周期碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备方法 |
| CN108794040A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-13 | 航天材料及工艺研究所 | 一种基于熔融渗硅工艺的复合材料、碳/碳多孔体及其制备方法 |
| CN110668838A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-01-10 | 贵阳天龙摩擦材料有限公司 | 一种碳陶刹车构件及其制备方法 |
| CN112645723A (zh) * | 2019-10-11 | 2021-04-13 | 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 | 一种颗粒增强超高温陶瓷基复合材料的制备方法 |
| CN113735604A (zh) * | 2021-09-29 | 2021-12-03 | 湖北瑞宇空天高新技术有限公司 | 航空发动机热结构件用多层陶瓷基复合材料及其制备方法 |
| CN115677370A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-02-03 | 湖南博云新材料股份有限公司 | 一种碳陶刹车材料的制备方法 |
-
2023
- 2023-03-02 CN CN202310190761.7A patent/CN116143535B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4752503A (en) * | 1984-07-20 | 1988-06-21 | Societe Europeenne De Propulsion | Process for the manufacture of a composite material with refractory fibrous reinforcement and ceramic matrix |
| CN1850730A (zh) * | 2006-05-26 | 2006-10-25 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 气相渗硅工艺制备碳纤维增强碳化硅基复合材料的方法 |
| CN104557097A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-04-29 | 中南大学 | 一种碳/碳复合材料的快速致密方法 |
| CN108424160A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-08-21 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种短周期碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备方法 |
| CN108794040A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-13 | 航天材料及工艺研究所 | 一种基于熔融渗硅工艺的复合材料、碳/碳多孔体及其制备方法 |
| CN112645723A (zh) * | 2019-10-11 | 2021-04-13 | 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 | 一种颗粒增强超高温陶瓷基复合材料的制备方法 |
| CN110668838A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-01-10 | 贵阳天龙摩擦材料有限公司 | 一种碳陶刹车构件及其制备方法 |
| CN113735604A (zh) * | 2021-09-29 | 2021-12-03 | 湖北瑞宇空天高新技术有限公司 | 航空发动机热结构件用多层陶瓷基复合材料及其制备方法 |
| CN115677370A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-02-03 | 湖南博云新材料股份有限公司 | 一种碳陶刹车材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基体碳结构对炭/炭复合材料的界面结合强度的影响;陈腾飞等;《矿冶工程》;第24卷(第1期);第77-79页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116143535A (zh) | 2023-05-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109721377B (zh) | 碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法 | |
| CN109384470B (zh) | 一种c/c复合材料的快速制备方法 | |
| CN109251052B (zh) | 一种c/c复合材料及其制备方法 | |
| US9387509B2 (en) | Method for infiltrating a porous material with a second material | |
| CN110317073B (zh) | 一种多级纤维协同增韧抗氧化陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| RU2084425C1 (ru) | Способ получения изделий из углерод-карбидокремниевого композиционного материала и углерод-карбидокремниевый композиционный материал | |
| CN112341235B (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 | |
| CN110668838B (zh) | 一种碳陶刹车构件及其制备方法 | |
| CN110981518B (zh) | 碳陶复合材料刹车盘及制备方法 | |
| CN110981517B (zh) | 碳陶复合材料的制备方法和应用及制备用针刺机构 | |
| CN109231993B (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 | |
| CN112794718B (zh) | 一种陶瓷基复合材料螺柱及其制备方法 | |
| CN111170754B (zh) | 一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料及制备方法 | |
| CN110642634A (zh) | 一种C/SiC-ZrB2复合材料及其制备方法 | |
| CN115677370A (zh) | 一种碳陶刹车材料的制备方法 | |
| CN115448744B (zh) | 一种碳/碳喉衬的制备方法 | |
| CN112299865A (zh) | 一种改性C/SiC复合材料及其制备方法 | |
| CN104844246B (zh) | 汽车制动盘用Cf/SiC复合材料及其制备方法 | |
| CN116143535B (zh) | 一种碳/陶复合材料的制备方法 | |
| CN112110743A (zh) | 一种制备碳/碳陶复合材料刹车盘的cvi、pip和rmi联合工艺 | |
| CN117024164A (zh) | 一种陶瓷改性碳碳复合材料鼻锥及其制备方法 | |
| CN115368141B (zh) | 一种α-SiC和无定形氮化硅复相陶瓷刹车材料及其制备方法 | |
| CN115368140B (zh) | 一种低磨损的碳陶刹车材料及其制备方法 | |
| CN116332663B (zh) | 一种碳/碳-碳化硅复合材料的制备方法 | |
| CN116082053B (zh) | 一种陶瓷改性碳/碳复合材料的快速制备方法 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |