CN117586039A - 一种TaZrC固溶体陶瓷粉末，C/C-TaZrC-SiC复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种TaZrC固溶体陶瓷粉末，C/C-TaZrC-SiC复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117586039A CN117586039A CN202311549315.7A CN202311549315A CN117586039A CN 117586039 A CN117586039 A CN 117586039A CN 202311549315 A CN202311549315 A CN 202311549315A CN 117586039 A CN117586039 A CN 117586039A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- solid solution
- ceramic
- solution ceramic
- preparation
- 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
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 123
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 110
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 title claims abstract description 106
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 50
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 47
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims abstract description 34
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229920003257 polycarbosilane Polymers 0.000 claims abstract description 14
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000012700 ceramic precursor Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 31
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 23
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 22
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 22
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 16
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 16
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 12
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 10
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 6
- 238000000280 densification Methods 0.000 claims description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 6
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims 3
- 238000002679 ablation Methods 0.000 abstract description 13
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 11
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 11
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 9
- 239000011215 ultra-high-temperature ceramic Substances 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- QFXZANXYUCUTQH-UHFFFAOYSA-N ethynol Chemical group OC#C QFXZANXYUCUTQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 3
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 3
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 3
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002051 biphasic effect Effects 0.000 description 1
- -1 borides Chemical class 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005293 physical law Methods 0.000 description 1
- 229920001495 poly(sodium acrylate) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007780 powder milling Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000009991 scouring Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M sodium polyacrylate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)C=C NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000011216 ultra-high temperature ceramic matrix composite Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 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
- C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/90—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
- C04B35/52—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 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
- 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
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- 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
-
- 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
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
- C04B2235/6562—Heating rate
-
- 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
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
- C04B2235/6567—Treatment time
-
- 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
-
- 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
- C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明公开了一种Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末，C/C‑Ta0.5Zr0.5C‑SiC复合材料及其制备方法；采用物理湿法球磨并结合碳热还原反应制备了密度为10.52g/cm3的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末，将Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末球磨获得Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉，与水、聚乙烯亚胺混合得到固溶体陶瓷浆料，将C/C复合多孔坯体浸渍于固溶体陶瓷浆料中，经干燥后获得炭/陶基体，随后以聚碳硅烷作为陶瓷先驱体，通过先驱体浸渍裂解增密炭/陶基体，从而得到具有优异力学性能与耐烧蚀性能的C/C‑Ta0.5Zr0.5C‑SiC复合材料。
Description
技术领域
本发明属于超高温陶瓷基复合材料制备技术领域，具体涉及一种TaZrC(Ta0.5Zr0.5C)固溶体陶瓷粉末，C/C-TaZrC-SiC(C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC)复合材料及其制备方法。
背景技术
在当今航天科技研究的前沿领域，高超声速飞行器具有极其重要的战略地位。高超声速飞行器工作时速通常能达到音速的五倍及以上，其鼻锥端、翼端以及与超燃冲压发动机燃烧室相连接的喉衬和尾喷管等关键热部件，通常需要承受2000℃以上的超高温以及热流冲刷，现今常用的材料体系通常无法适应如此严苛的工作环境。此背景下，研究开发在服役过程中耐高温、耐冲刷、且物理和化学性能稳定的新型耐烧蚀热防护复合材料正成为国内外研究的新热点。
现常采用的材料体系有：难熔金属及其合金、超高温陶瓷(UTHCs)以及C/C复合材料。相对于造价昂贵、密度大、抗氧化性能较差的难熔金属及其合金，包括过渡族难熔金属(Zr、Hf、Ta等)的碳化物、硼化物、氮化物等在内的超高温陶瓷，其熔点通常在3000℃以上，具有高热导性且在极端环境下也能保持其物理化学性质稳定性的特点。但超高温陶瓷同时也具有陶瓷材料的本征脆性、断裂韧性较低的缺点。C/C复合材料具有比强度高，比模量大，密度低，耐高温、耐摩擦等优异的性能，但它在400℃以上的环境即可与O2产生反应，高温环境下也易与H2O、CO2反应，进而造成材料损伤。因此，利用超高温陶瓷的高温稳定性特点对C/C复合材料基体进行改性，有助于发挥C/C复合材料原有的性能优势，并一定程度上弥补其高温性能较差的缺点。
超高温陶瓷材料TaC，其熔点高达3880℃，具有较小的热膨胀系数(6.61×10-6/K)，密度为14.3g/cm3，相对金属而言较低，且硬度为19GPa，可基本满足通常的结构强度需要。与其同属超高温陶瓷的ZrC，熔点为3540℃，热膨胀系数为6.82×10-6/K，密度为6.73g/cm3，硬度为35GPa。他们都具有耐热震性能且高温力学性能优异，常用于热防护材料领域。两者皆为面心立方晶体结构，原子半径接近，且在碳化物陶瓷中，Ta的空位形成能(3.5eV)要小于Zr的空位形成能(8.8eV)，所以两种碳化物陶瓷在一定反应条件下，由ZrC中提供的Zr原子朝TaC中的金属空位扩散，可使等摩尔比的ZrC与TaC陶瓷之间形成完全互溶的固溶体陶瓷Ta0.5Zr0.5C。有别于单纯通过机械混合TaC与ZrC得到的双相碳化物陶瓷，TaC和ZrC的固溶后而产生的协同效应，使单相的超高温固溶体陶瓷具有更低的密度，且能综合发挥ZrC和TaC超高温陶瓷的性能优势，使性能方面产生“1+1>2”的结果，从而弥补单相超高温陶瓷的缺点。Ta0.5Zr0.5C具有Zr-Ta-C体系中最高的弹性模量以及硬度，高温性能优异，在耐烧蚀方面展现出极高熔点的优势，作为高超声速飞行器等装备热防护材料的应用前景广阔。
现有的固溶体陶瓷粉末制备方法分为物理法与化学法，其中化学法通常流程复杂，原料成本较高，且产量较低；而物理法则由于粉末制备过程中固溶组分之间的扩散问题，导致通常需要在2100℃以上的高温进行热压制备，对设备要求极高，且由于不完全反应而生成的杂质成分较多。向C/C复合材料体系中引入超高温固溶体陶瓷组分的制备方法，现行实验室阶段有溶胶凝胶法、先驱体浸渍裂解法以及化学气相沉积法。但上述这些制备方法得到的成品材料中，固溶体陶瓷的固相含量均较低，并伴有反应过程中的大量残余杂质，且固溶反应通常发生在C/C复合材料坯体中，对于基体的纤维结构等损伤较大。所以它们更常用于C/C复合材料体系的表面涂层制备，进行基体改性则较为困难。
发明内容
针对传统固溶体陶瓷粉末物理法制备温度较高、杂质较多等问题以及在C/C复合材料基体中较难引入超高温陶瓷组分和易对纤维造成损伤的工艺制备问题，本发明的第一个目的在于提供一种Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末的制备方法。本发明所提供的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末的制备方法操作简单，制备所需温度较低，无需额外加压，陶瓷产率较高，杂质较少。
本发明的第二个目的在于提供上述制备方法所制备的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末。
本发明的第三个目的在于提供一种C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料的制备方法，本发明所提供的制备方法工艺流程简单，成本低廉，设备要求较低。
本发明的第四个目的在于提供上述制备方法所制备的C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明一种Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末的制备方法，将ZrO2粉末、Ta2O5粉末、炭黑粉末混合获得混合粉，然后于混合粉中加入乙醇、聚乙二醇、聚乙烯亚胺溶液得到混合溶液，将混合溶液进行球磨后获得球磨浆料，球磨浆料干燥后经压制成型得到陶瓷坯体，陶瓷坯体经煅烧即得Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末。
本发明所提供的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末的制备方法，将原料充分混合后，加入乙醇、聚乙二醇、聚乙烯亚胺混合获得球磨浆料，干燥后经压制成型、煅烧即得，发明人发现，引入聚乙二醇作为成型剂有助于在陶瓷氧化物粉末压制时，更易于成型以及致密，也有助于混合粉末在高温煅烧过程中，缩短陶瓷组分固溶时相互之间的扩散路径，此举能够有效的降低反应温度。同时利用聚乙烯亚胺作为分散剂，促使粉末在溶液中均匀分散，同样有利于缩短固溶组分之间的扩散路径，降低反应温度，也防止因混合不均导致的固溶反应不充分，提前分相，生成单相陶瓷杂质。
本发明采用物理湿法球磨并结合碳热还原反应制备了密度为10.52g/cm3的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末，制备得到的固溶体陶瓷粉末，结晶度较高，纯度较高。
优选的方案，所述ZrO2粉末的粒径为0.5～1.5μm，纯度≥99.90wt.％，密度为5.85g/cm3。
优选的方案，所述Ta2O5粉末的粒径为0.5～1.5μm，纯度≥99.90wt.％，密度为8.2g/cm3。
优选的方案，所述炭黑粉末的粒径为0.1～0.3μm，纯度≥99.90wt.％，密度为2.2g/cm3。
发明人发现，将各原料粉末的粒径控制在上述范围内，可以使得最终各原料球磨浆料中分散性达到最优，获得最优烧结性能。
优选的方案，所述混合粉中，按摩尔比计，ZrO2粉末：Ta2O5粉末：炭黑＝2：1：13～15。
优选的方案，所述混合溶液中，聚乙二醇与混合粉的固液质量体积比为1g：4.8～6.3cm3。
发明人发现，将聚乙二醇的加入量控制在上述范围内，可使后续的压制过程中，陶瓷坯体易于成型与致密，一定程度上防止煅烧过程中的固溶陶瓷组分提前分相的问题并降低烧结温度。而若聚乙二醇的加入量过少可能会导致压制坯体无法很好成型致密呈松散粉末状，此状态在同温度下烧结易于提前分相无法形成单相固溶体。
优选的方案，所述混合溶液中，按质量比计，乙醇：聚乙二醇＝5～7：1。
优选的方案，所述聚乙烯亚胺溶液中，聚乙烯亚胺的质量浓度为10％～20％，平均分子量为10000～20000。
在实际操作过程中，采用去离子水配取聚乙烯亚胺溶液。
优选的方案，所述聚乙烯亚胺溶液与混合粉的质量比为1：6.3～7.3。
发明人发现，将聚乙烯亚胺溶液与混合粉质量比控制在上述范围内，可使得混合粉的分散性达到最佳，一定程度上防止煅烧过程中发生固溶陶瓷组分提前分相的问题并有助于降低烧结温度。
优选的方案，将混合溶液进行球磨获得球磨浆料，所述球磨的转速为140～160r/min，球磨的时间为6～9h。
优选的方案，球磨浆料于80～100℃干燥24～36h，获得混合料。
优选的方案，所述煅烧的温度为1900～2000℃，保温的时间为1～3h，升温速率10～15℃/min。
本发明还提供上述制备方法所制备的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末。
本发明所制备的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末密度为10.52g/cm3，所得Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末结晶度较高，纯度高。
本发明一种C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料的制备方法，将Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末球磨获得Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉，将Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉、水、聚乙烯亚胺溶液混合得到固溶体陶瓷浆料，将C/C复合多孔坯体浸渍于固溶体陶瓷浆料中，经干燥后获得炭/陶基体，随后以聚碳硅烷作为陶瓷先驱体，通过先驱体浸渍裂解增密炭/陶基体，即得C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料。
本发明中，通过直接采用浸渍法将Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末引入C/C复合多孔坯体中，浆料浸渍过程中不涉及高温反应，最大程度上保护了基体材料和结构不受损伤，有助于提升材料的整体性能。在本发明中，通过聚乙烯亚胺分散剂有效的改善了改善陶瓷浆料的稳定性、浸润性以及粘度，使陶瓷浆料能充分浸渍C/C复合多孔坯体，提升基体改性过程中的陶瓷组分固相含量。
在实验探索过程中，发明人尝试了大量的分散剂，仅有聚乙烯亚胺作为分散剂的效果最优，从而使Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末通过浸渍法顺利引入C/C复合多孔坯体。
优选的方案，将Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末于260～280r/min的转速下球磨6h～9h，获得Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉，所述Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉的粒径为0.3～0.8μm。
发明人发现，通过上述的球磨过程，即可以获得粒径均匀、分布窄的，粒径为0.3～0.8μm的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉，而Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉的粒径在上述范围内，可以使浆料中的粉末充分分散，浆料的稳定性最佳，粘度最低，获得理想的固含量，从而使最终所得复合材料的性能最优；而粒径过小，会由于纳米尺寸粉末的团聚效应，在一定程度上影响浆料中陶瓷粉末的分散性，进而影响浆料的稳定性，导致浆料粘度过大，影响最终的浸渍效果。
优选的方案，所述固溶体陶瓷浆料中，Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉的体积分数为10％～20％。
发明人发现，将Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉的体积分数控制在上述范围内可以很好的通过浸渍引入C/C复合多孔坯体中，而若固相含量过低，对产品的性能改善有限，而过高，则不利于浸透坯体，同样会影响复合材料的性能。
优选的方案，所述聚乙烯亚胺溶液中，聚乙烯亚胺的质量浓度为10％～20％，平均分子量为10000～20000。
在实际操作过程中，采用去离子水配取聚乙烯亚胺溶液。
优选的方案，所述聚乙烯亚胺溶液的加入量为Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉质量的0.4％～0.8％。
优选的方案，所述混合的方式为球磨，所述球磨的转速为160～180r/min，球磨的时间为1～3h。
通过上述球磨过程，可以使各组分在浆料充分混合，以及让分散剂更好的与粉末结合。
优选的方案，所述C/C复合多孔坯体由碳纤维预制体经化学气相沉积增密获得，所述碳纤维预制体为聚丙烯腈炭纤维2.5D针刺结构，所述碳纤维预制体的密度为0.4～0.5g/cm3，所述C/C复合多孔坯体的密度为0.7～0.8g/cm3，孔隙率为50％～58％。
优选的方案，将C/C复合多孔坯体浸渍于固溶体陶瓷浆料中，于80～100℃干燥24～36h，获得炭/陶基体。
优选的方案，炭/陶基体通过先驱体浸渍裂解增密的过程为，将炭/陶基体置于先驱体溶液中浸渍，浸渍完后烘干，将烘干后的炭/陶基体进行裂解，重复浸渍-裂解10～14次，即得C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料；所述先驱体溶液由聚碳硅烷和正己烷组成，所述聚碳硅烷与正己烷的质量比为1：1～3；所述裂解的温度为1400～1600℃，保温的时间为1～3h，升温的速率为10～15℃/min。
在本发明中，所用聚碳硅烷的平均分子量为1400～2000，陶瓷产率为50％～60％。
本发明还提供上述制备方法所制备的C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明制备得到的C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料，在C/C复合材料基体中引入了超高温固溶陶瓷组分，且材料致密，孔隙率较低，发挥了超高温陶瓷的协同效应，相较于传统单一陶瓷组分的C/C-SiC、C/C-ZrC-SiC、C/C-TaC-SiC等复合材料在力学性能与耐烧蚀性能等方面具有更优异的综合性能。
(2)本发明采用物理湿法球磨并结合碳热还原反应制备了密度为10.52g/cm3的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末。相较于传统工艺，极大降低了制备固溶陶瓷粉末所需的温度条件，且由于在无压条件下制备，制造成本以及设备要求大幅降低。制备得到的固溶体陶瓷粉末，结晶度较高，纯度较高。
(3)本发明使用浆料浸渍工艺引入Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷组分对C/C复合材料进行基体改性。相较于传统工艺，基体材料中固溶体陶瓷的固相含量得到大幅提升，更有助于发挥固溶体陶瓷组分的性能优势，且由于浆料浸渍过程中不涉及高温反应，最大程度上保护了基体材料和结构不受损伤，有助于提升材料的整体性能。
(4)本发明结合了先驱体浸渍工艺，填补了浆料浸渍工艺过程中可能存在的孔隙问题，使基体材料更加致密化，进一步提升材料的整体性能。
综上，本发明工艺流程简单，原材料成本低廉，对于设备的要求较低，制备得到的复合材料，固溶体陶瓷的固相含量较高，基体结构与性能保护较好，孔隙率较小，致密度较高，综合性能优异，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1中所提供的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末的XRD图。
图2为实施例1中所提供的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉的SEM图。
图3为实施例1中C/C-Ta0.5Zr0.5C炭/陶基体横截面的SEM图。
图4为对比例1中所得Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末的XRD图。
图5为对比例1中所得Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末的XRD局部放大图。
具体实施方式
以下结合说明书图示以及具体实例进一步描述本发明，但并不因此限制本发明的保护范围。
实施例1
C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料制备原料的各组分重量：ZrO2粉末18.12g，Ta2O5粉末32.50g，炭黑11.47g，乙醇28.95g，聚乙二醇5.79g，聚乙烯亚胺12.2g，聚碳硅烷60g，正己烷60g。
制备过程：
(1)溶液配制：按照摩尔比ZrO2：Ta2O5：炭黑＝2：1：13.26称取18.12g的ZrO2粉末、32.50g的Ta2O5粉末以及11.70g的炭黑粉末，按照聚乙二醇质量：混合粉末总体积＝1：4.8，质量比乙醇：聚乙二醇＝5：1，将混合粉末加入到28.95g乙醇溶液中，随后加入5.79g聚乙二醇成型剂，根据质量比聚乙烯亚胺：混合粉＝1：6.3，加入9g聚乙烯亚胺分散剂，经搅拌均匀后得到混合溶液。
(2)湿法球磨：将步骤(1)中所得混合溶液加入尼龙球磨罐中，使行星球磨机以140r/min的转速，球磨6h。球磨后溶液置于80℃烘箱烘干24h，干燥后的混合粉末固体经研磨后使用液压机压实，得到预制混合粉末。
(3)高温煅烧：将步骤(2)中得到的预制混合粉末置于真空烧结炉中，在2.0Pa以下的真空环境中，以10℃/min的升温速率匀速升温至1900℃，并保温1h，之后随炉冷却至室温。获得固溶体陶瓷粉末，再经球磨机260r/min球磨6h后得到Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉。
(4)浆料浸渍：以20％固相含量配置固溶体陶瓷浆料。取40g步骤(3)中制备得到的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉，加入14.88g离子水，按照Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉质量的0.8％加入3.2g聚乙烯亚胺，搅拌均匀后，于160r/min的转速球磨1h后，得到固溶体陶瓷浆料。将固溶体陶瓷浆料充分浸渍C/C复合多孔坯体，随后置于80℃烘箱中干燥24h，得到C/C-Ta0.5Zr0.5C炭/陶基体。
(5)先驱体浸渍裂解增密：按照质量比聚碳硅烷：正己烷＝1:1配置先驱体溶液，通过高压反应釜在室温下充分浸渍步骤(4)中得到的C/C-Ta0.5Zr0.5C基体，烘干后于2.0Pa以下真空环境的真空烧结炉中，以10℃/min速率升温至1400℃，保温1h。重复上述流程10次，即得到致密的C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料。
本实例所得Ta0.5Zr0.5C固溶陶瓷粉末如图1的XRD图所示，衍射峰处于TaC与ZrC峰之间，相对于两相峰皆发生了一定的偏移，且未有其余杂项峰，说明生成了较为纯净的Ta0.5Zr0.5C固溶体，且衍射峰强度高且较窄，说明结晶度较高。Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉的SEM照片如图2所示，粉末为近球形，无明显团聚，粒径约为500nm左右，粒度分布较窄，均一性较好，有利于后续的浆料浸渍过程。进行浆料浸渍后C/C-Ta0.5Zr0.5C复合材料其截面的SEM图如图3所示，黑色相为C/C基体，白色相为Ta0.5Zr0.5C陶瓷，Ta0.5Zr0.5C较为均匀地分布在C/C基体的孔隙之间，说明对C/C基体的固溶陶瓷浸渍效果较佳。
本实例所得C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料的力学性能采用三点弯曲和单边缺口梁弯曲试验法，测试可得其抗弯强度为194.04MPa，断裂韧性为13.77MPa·m1/2，抗弯强度相较C/C复合材料提升31.33％。参考GJB323A-96烧蚀材料试验方法，在4.2×106W/m2高热流密度的氧乙炔火焰烧蚀条件下，测试可得120s的质量烧蚀率为1.95mg/s，线烧蚀率为7.98μm/s。
实施例2
C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料制备原料的各组分重量：ZrO2粉末18.12g，Ta2O5粉末32.50g，炭黑12.15g，乙醇30.60g，聚乙二醇5.10g，聚乙烯亚胺9.84g，聚碳硅烷60g，正己烷60g。
制备过程：
(1)溶液配制：按照摩尔比ZrO2：Ta2O5：炭黑＝2：1：13.77称取18.12g的ZrO2粉末、32.50g的Ta2O5粉末以及12.15g的炭黑粉末，按照聚乙二醇质量：混合粉末总体积＝1：5.55，质量比乙醇：聚乙二醇＝6：1，将混合粉末加入到30.60g乙醇溶液中，随后加入5.10g聚乙二醇成型剂，根据质量比聚乙烯亚胺：混合粉＝1：6.8，加入7.44g聚乙烯亚胺分散剂，经搅拌均匀后得到混合溶液。
(2)湿法球磨：将步骤(1)中所得混合溶液加入尼龙球磨罐中，使行星球磨机以150r/min的转速，球磨7.5h。球磨后溶液置于90℃烘箱烘干36h，干燥后的混合粉末固体经研磨后使用液压机压实，得到预制混合粉末。
(3)高温煅烧：将步骤(2)中得到的预制混合粉末置于真空烧结炉中，在2.0Pa以下的真空环境中，以12℃/min的升温速率匀速升温至1950℃，并保温2h，之后随炉冷却至室温获得Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末。经球磨机270r/min球磨7.5h后得到Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉。
(4)浆料浸渍：以15％固相含量配置固溶体陶瓷浆料。取40g步骤(3)中制备得到的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉，加入21.29g离子水，按照Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉质量的0.6％加入2.40g聚乙烯亚胺，搅拌均匀后，于170r/min的转速球磨2h后，得到固溶体陶瓷浆料。将固溶体陶瓷浆料充分浸渍C/C复合多孔坯体，随后置于90℃烘箱中干燥36h，得到C/C-Ta0.5Zr0.5C炭/陶基体。
(5)先驱体浸渍裂解增密：按照质量比聚碳硅烷：正己烷＝1:2配置先驱体溶液，通过高压反应釜在室温下充分浸渍步骤(4)中得到的C/C-Ta0.5Zr0.5C基体，烘干后于2.0Pa以下真空环境的真空烧结炉中，以12℃/min速率升温至1500℃，保温2h。重复上述流程12次，即得到致密的C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料。
本实例所得C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料的力学性能采用三点弯曲和单边缺口梁弯曲试验法，测试可得其抗弯强度为180.52MPa，断裂韧性为11.98MPa·m1/2，抗弯强度相较C/C复合材料提升20.35％。参考GJB323A-96烧蚀材料试验方法，在4.2×106W/m2高热流密度的氧乙炔火焰烧蚀条件下，测试可得120s的质量烧蚀率为2.02mg/s，线烧蚀率为7.86μm/s。
实施例3
C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料制备原料的各组分重量：ZrO2粉末18.12g，Ta2O5粉末32.50g，炭黑12.15g，乙醇30.60g，聚乙二醇5.10g，聚乙烯亚胺9.84g，聚碳硅烷60g，正己烷60g。
制备过程：
(1)溶液配制：按照摩尔比ZrO2：Ta2O5：炭黑＝2：1：14.28称取18.12g的ZrO2粉末、32.50g的Ta2O5粉末以及12.60g的炭黑粉末，按照聚乙二醇质量：混合粉末总体积＝1：6.3，质量比乙醇：聚乙二醇＝7：1，将混合粉末加入到31.99g乙醇溶液中，随后加入4.57g聚乙二醇成型剂，根据质量比聚乙烯亚胺：混合粉＝1：7.2，加入8.78g聚乙烯亚胺分散剂，经搅拌均匀后得到混合溶液。
(2)湿法球磨：将步骤(1)中所得混合溶液加入尼龙球磨罐中，使行星球磨机以160r/min的转速，球磨9h。球磨后溶液置于100℃烘箱烘干48h，干燥后的混合粉末固体经研磨后使用液压机压实，得到预制混合粉末。
(3)高温煅烧：将步骤(2)中得到的预制混合粉末置于真空烧结炉中，在2.0Pa以下的真空环境中，以15℃/min的升温速率匀速升温至2000℃，并保温3h，之后随炉冷却至室温获得Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末。经球磨机280r/min球磨9h后得到Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉。
(4)浆料浸渍：以10％固相含量配置固溶体陶瓷浆料。取40g步骤(3)中制备得到的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉，加入34.06g离子水，按照Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉质量的0.4％加入1.6g聚乙烯亚胺，搅拌均匀后，于180r/min的转速球磨3h后，得到固溶体陶瓷浆料。将固溶体陶瓷浆料充分浸渍C/C复合多孔坯体，随后置于100℃烘箱中干燥48h，得到C/C-Ta0.5Zr0.5C炭/陶基体。
(5)先驱体浸渍裂解增密：按照质量比聚碳硅烷：正己烷＝1:3配置先驱体溶液，通过高压反应釜在室温下充分浸渍步骤(4)中得到的C/C-Ta0.5Zr0.5C基体，烘干后于2.0Pa以下真空环境的真空烧结炉中，以15℃/min速率升温至1600℃，保温3h。重复上述流程14次，即得到致密的C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料。
本实例所得C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料的力学性能采用三点弯曲和单边缺口梁弯曲试验法，测试可得其抗弯强度为185.73MPa，断裂韧性为13.59MPa·m1/2，抗弯强度相较C/C复合材料提升23.82％。参考GJB323A-96烧蚀材料试验方法，在4.2×106W/m2高热流密度的氧乙炔火焰烧蚀条件下，测试可得120s的质量烧蚀率为1.86mg/s，线烧蚀率为7.59μm/s。
对比例1
其他条件如实例1相同，仅步骤(1)未加入聚乙二醇成型剂与聚乙烯亚胺分散剂，会导致所得固溶体粉末出现严重的分相现象，生成TaC杂质，无法得到较为纯净的Ta0.5Zr0.5C固溶体粉末。含有杂质相的陶瓷粉末XRD如图4，5所示。
对比例2
其他条件如实例1相同，仅步骤(4)所加入的分散剂为聚丙烯酸钠，结果无法得到稳定、流动性好、粘度低的固溶体陶瓷浆料，使陶瓷组分无法引入C/C基体中，无法制备得到C/C-Ta0.5Zr0.5C炭/陶基体。
对比例3
其他条件如实例1相同，仅步骤(3)球磨时间设置为2h或12h，球磨后粉末粒径未处于0.3～0.8μm，结果无法得到稳定、流动性好、粘度低的固溶体陶瓷浆料，使陶瓷组分无法引入C/C基体中，无法制备得到C/C-Ta0.5Zr0.5C炭/陶基体。
对比例4
其他条件如实例1相同，仅步骤(4)固相含量设置为30％，过高的固相含量将导致分散剂无法充分发挥作用，结果无法得到稳定、流动性好、粘度低的固溶体陶瓷浆料，使陶瓷组分无法引入C/C基体中，无法制备得到C/C-Ta0.5Zr0.5C炭/陶基体。
Claims (10)
1.一种Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末的制备方法，其特征在于：将ZrO2粉末、Ta2O5粉末、炭黑粉末混合获得混合粉，然后于混合粉中加入乙醇、聚乙二醇、聚乙烯亚胺溶液得到混合溶液，将混合溶液进行球磨后获得球磨浆料，球磨浆料干燥后经压制成型得到陶瓷坯体，陶瓷坯体经煅烧即得Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末。
2.根据权利要求1所述的一种Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末的制备方法，其特征在于：
所述ZrO2粉末的粒径为0.5～1.5μm，所述Ta2O5粉末的粒径为0.5～1.5μm，所述炭黑粉末的粒径为0.1～0.3μm；
所述混合粉中，按摩尔比计，ZrO2粉末：Ta2O5粉末：炭黑＝2：1：13～15；
所述混合溶液中，聚乙二醇与混合粉的固液质量体积比为1g：4.8～6.3cm3；
所述混合溶液中，按质量比计，乙醇：聚乙二醇＝5～7：1；
所述聚乙烯亚胺溶液中，聚乙烯亚胺的质量浓度为10％～20％，平均分子量为10000～20000；
所述聚乙烯亚胺溶液与混合粉的质量比为1：6.3～7.3。
3.根据权利要求1所述的一种Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末的制备方法，其特征在于：将混合溶液进行球磨获得球磨浆料，所述球磨的转速为140～160r/min，球磨的时间为6～9h；
球磨浆料于80～100℃干燥24～36h，获得混合料；
所述煅烧的温度为1900～2000℃，保温的时间为1～3h，升温速率为10～15℃/min。
4.权利要求1-3任意一项所述的制备方法所制备的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末。
5.一种C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料的制备方法，其特征在于：将权利要求1-3任意一项所述的制备方法所制备的Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末球磨获得Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉，将Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉、水、聚乙烯亚胺溶液混合得到固溶体陶瓷浆料，将C/C复合多孔坯体浸渍于固溶体陶瓷浆料中，经干燥后获得炭/陶基体，随后以聚碳硅烷作为陶瓷先驱体，通过先驱体浸渍裂解增密炭/陶基体，即得C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料。
6.根据权利要求5所述的一种C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料的制备方法，其特征在于：将Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷粉末于260～280r/min的转速下球磨6h～9h，获得Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉，所述Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉的粒径为0.3～0.8μm。
7.根据权利要求5所述的一种C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料的制备方法，其特征在于：所述固溶体陶瓷浆料中，Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉的体积分数为10％～20％；
所述聚乙烯亚胺溶液的加入量为Ta0.5Zr0.5C固溶体陶瓷细粉质量的0.4％～0.8％；
所述混合的方式为球磨，所述球磨的转速为160～180r/min，球磨的时间为1～3h。
8.根据权利要求5所述的一种C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料的制备方法，其特征在于：所述C/C复合多孔坯体由碳纤维预制体经化学气相沉积增密获得，所述碳纤维预制体为2.5D针刺结构的聚丙烯腈炭纤维，所述碳纤维预制体的密度为0.4～0.5g/cm3，所述C/C复合多孔坯体的密度为0.7～0.8g/cm3，孔隙率为50％～58％；
将C/C复合多孔坯体浸渍于固溶体陶瓷浆料中，于80～100℃干燥24～36h，获得炭/陶基体。
9.根据权利要求5或8所述的一种C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料的制备方法，其特征在于：炭/陶基体通过先驱体浸渍裂解增密的过程为，将炭/陶基体置于先驱体溶液中浸渍，浸渍完后烘干，将烘干后的炭/陶基体进行裂解，重复浸渍-裂解10～14次，即得C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料；所述先驱体溶液由聚碳硅烷和正己烷组成，所述聚碳硅烷与正己烷的质量比为1：1～3；所述裂解的温度为1400～1600℃，保温的时间为1～3h，升温的速率为10～15℃/min。
10.权利要求5-9任意一项所述的制备方法所制备的C/C-Ta0.5Zr0.5C-SiC复合材料。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211552726 | 2022-12-06 | ||
| CN2022115527267 | 2022-12-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117586039A true CN117586039A (zh) | 2024-02-23 |
Family
ID=89910830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311549315.7A Pending CN117586039A (zh) | 2022-12-06 | 2023-11-20 | 一种TaZrC固溶体陶瓷粉末，C/C-TaZrC-SiC复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117586039A (zh) |
-
2023
- 2023-11-20 CN CN202311549315.7A patent/CN117586039A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109180188B (zh) | 一种高熵含硼碳化物超高温陶瓷粉体及其制备方法 | |
| CN111675541B (zh) | 一种含碳max相材料的制备方法 | |
| US12012364B2 (en) | Long-term ablation-resistant nitrogen-containing carbide ultra-high temperature ceramic with ultra-high melting point and application thereof | |
| WO2020135404A1 (zh) | 一种Ti(C,N)基超硬金属复合材料及其制备方法 | |
| US20230167029A1 (en) | Ablation-resistant high-entropy carbide-high-entropy diboride-silicon carbide multiphase ceramic and preparation thereof | |
| KR20110077154A (ko) | 지르코늄디보라이드-실리콘카바이드 복합소재의 제조방법 | |
| CN112341233A (zh) | 多元单相超高温陶瓷TaxHf1-xC改性碳/碳复合材料的制备方法 | |
| CN112645726B (zh) | 一种具有典型长颗粒形貌、富含层错和孪晶的碳化硅晶须陶瓷及其制备方法 | |
| CN111423233A (zh) | 一种碳化硅增强碳化硼基陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN116239400B (zh) | 一种含纳米复相超高温陶瓷内涂层的C/C-UHTCs复合材料及其制备方法 | |
| CN114276142A (zh) | 一种涂敷-反应熔渗制备多元超高温陶瓷涂层的方法 | |
| JP4484004B2 (ja) | セラミックス基複合部材の製造方法 | |
| CN112939603A (zh) | 一种低温烧结氧化钇陶瓷坩埚的方法 | |
| CN109665848B (zh) | 一种超高温SiC-HfB2复合陶瓷及其制备方法和应用 | |
| CN110668811A (zh) | 一种高熵锆酸盐陶瓷及其制备方法 | |
| CN113416077A (zh) | 一种双复合结构的高温陶瓷刀具材料及其制备方法与应用 | |
| CN117534495A (zh) | 前驱体浸渍裂解结合反应熔渗制备陶瓷基复合材料的方法 | |
| CN115745620B (zh) | 一种高致密度氮化钛陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN115894085B (zh) | 一种复合陶瓷涂层材料及其制备方法和应用 | |
| CN115894082A (zh) | 一种(ZrHfTiTaNb)C-W金属高熵陶瓷改性C/C复合材料及其制备方法 | |
| CN117586039A (zh) | 一种TaZrC固溶体陶瓷粉末，C/C-TaZrC-SiC复合材料及其制备方法 | |
| CN114853506B (zh) | 碳/碳复合材料表面(HfZrTi)C3中熵碳化物抗烧蚀涂层及制备方法 | |
| KR101972350B1 (ko) | 탄화 지르코늄 복합체 및 이의 제조방법 | |
| CN113957294A (zh) | 一种CrCoNi中熵合金增强Al基复合材料及其制备方法 | |
| CN116715526B (zh) | 一种C/C-(Ti,Zr,Hf,Nb,Ta)C-SiC复合材料及其制备方法 |
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 |