r>[0071]通過以上制備工藝可獲得密度為2.10g/cm3-2.45g/cm3的C/C_SiC復(fù)合材料。該復(fù)合材料在經(jīng)過60s、溫度達(dá)到2500°C的氧乙炔焰燒蝕后，線燒蝕速率為10_2mm/s，質(zhì)量燒蝕速率僅為10_2g/s，燒蝕表面出現(xiàn)大量孔隙，氧化物被大量蒸發(fā)，纖維沒有保護(hù)層覆蓋，燒蝕性能較差。
[0072]對(duì)比例2
[0073]將密度為0.32g/cm3的短切炭纖維疊層針刺氈置于密閉爐腔內(nèi)，通入丙烯和氫氣，在1200°C保溫90h，爐內(nèi)壓力為1.SKpa0通過化學(xué)氣相滲透使炭纖維編織物中的纖維表面逐漸沉積形成熱解碳，獲得密度為1.00g/cm3 - 1.28g/cm3的C/C復(fù)合材料，經(jīng)過超聲清洗、低溫真空烘干后，備后續(xù)步驟使用。
[0074]將純度大于99%的鈦粉和鐵粉分別以99%和I %的原子比例置于球磨罐中，通過行星式球磨機(jī)進(jìn)行處理制得混合粉末。球磨介質(zhì)為不銹鋼，球料比為8:1，球磨轉(zhuǎn)速為200r/min，時(shí)長(zhǎng)為15h。球磨前充入氬氣。
[0075]稱取重量為120g的混合粉末，置于直徑為75mm的石墨罐中鋪展平整，將低密度C/C復(fù)合材料放置在鋪平的粉末上。
[0076]將石墨罐放入密閉爐膛內(nèi)，抽至真空后，充入氬氣，進(jìn)行高溫處理。升溫速率為15°C /min，在2000°C保溫2h后隨爐冷卻。
[0077]通過以上制備工藝可獲得密度為2.10g/cm3-2.45g/cm3的C/C-TiC復(fù)合材料。該復(fù)合材料在經(jīng)過60s、溫度達(dá)到2500°C的氧乙炔焰燒蝕后，線燒蝕速率為10_2mm/s，質(zhì)量燒蝕速率僅為10_2g/s，燒蝕表面出現(xiàn)大量液相氧化物的痕跡，纖維被氧化物覆蓋。
[0078]對(duì)比例3
[0079]其它條件均與實(shí)施例完全一致，不相同的條件為:將純度均大于99%的硅粉、和鈦粉分別以50 %、50 %的原子比例置于球磨罐中，通過行星式球磨機(jī)進(jìn)行處理制得混合粉末。該對(duì)比例所得復(fù)合材料在經(jīng)過60s、溫度達(dá)到2500°C的氧乙炔焰燒蝕后，線燒蝕速率為10_2mm/s，質(zhì)量燒蝕速率僅為10_2g/s。比較實(shí)施例1和對(duì)比例3以及【背景技術(shù)】中介紹的C/C-ZrC-SiC復(fù)合材料；可以明顯的看出，本發(fā)明實(shí)施例1所設(shè)計(jì)的復(fù)合材料的線燒蝕速率((1-Ws)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)比例3以及【背景技術(shù)】中介紹的C/C - ZrC - SiC復(fù)合材料的線燒蝕速率(10-2mm/S);本發(fā)明實(shí)施例1所設(shè)計(jì)的復(fù)合材料的質(zhì)量燒蝕速率(10-5g/s)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)比例3以及【背景技術(shù)】中介紹的C/C - ZrC - SiC復(fù)合材料的線燒蝕速率(10_2g/s);這種效果發(fā)明人在實(shí)驗(yàn)以前也沒預(yù)料到。
[0080]對(duì)比例4
[0081]其它條件均與實(shí)施例1完全一致，不相同的條件為:將純度均大于99%的硅粉、鋯粉和鈦粉分別以91 %、6%、3%的原子比例置于球磨罐中，通過行星式球磨機(jī)進(jìn)行處理制得混合粉末。該對(duì)比例所得復(fù)合材料在經(jīng)過60s、溫度達(dá)到2500°C的氧乙炔焰燒蝕后，線燒蝕速率為10_2mm/s，質(zhì)量燒蝕速率僅為10_2mg/s。比較實(shí)施例1和對(duì)比例4以及【背景技術(shù)】中介紹的C/C - ZrC - SiC復(fù)合材料；可以明顯的看出，本發(fā)明實(shí)施例1所設(shè)計(jì)的復(fù)合材料的線燒蝕速率((10_3mm/s)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)比例4以及【背景技術(shù)】中介紹的C/C - ZrC - SiC復(fù)合材料的線燒蝕速率(10-2mm/S);本發(fā)明實(shí)施例1所設(shè)計(jì)的復(fù)合材料的質(zhì)量燒蝕速率(10-5g/s)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)比例4以及【背景技術(shù)】中介紹的C/C - ZrC - SiC復(fù)合材料的線燒蝕速率(10_2g/s);這種效果發(fā)明人在實(shí)驗(yàn)以前也沒預(yù)料到。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種ZrC-TiC改性C/C-SiC復(fù)合材料；其特征在于:包括碳纖維、熱解碳層、SiC,ZrC-TiC ;所述熱解碳層包覆在碳纖維表面；所述SiC、ZrC-TiC包覆在熱解碳層表面；且ZrC-TiC均勻分布在SiC中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種ZrC-TiC改性C/C-SiC復(fù)合材料；其特征在于:按體積百分?jǐn)?shù)計(jì)，包括下述組分: 碳纖維10-50% ； 熱解碳層10-50% ；SiC 10-50% ；ZrC 1-30% ；TiC 1-30% ； 所述 ZrC、TiC 構(gòu)成 ZrC-TiC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種ZrC-TiC改性C/C-SiC復(fù)合材料；其特征在于:所述ZrC-TiC 改性 C/C-SiC 復(fù)合材料的密度為 2.2g/cm3-2.9g/cm3。
4.一種制備如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述ZrC-TiC改性C/C-SiC復(fù)合材料的方法，其特征在于:將含有熱解碳層的C/C復(fù)合材料坯體置于含有Zr粉、Ti粉和Si粉的混合粉末上，在保護(hù)氣氛下，升溫至1900°C -2300°C，保溫，得到所述ZrC-TiC改性C/C-SiC復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種ZrC-TiC改性C/C-SiC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述含有熱解碳層的C/C復(fù)合材料坯體由碳纖維坯體和附著在碳纖維坯體表面的熱解碳層組成；所述碳纖維坯體的密度為0.lg/cm3-0.9g/cm3;所述碳纖維坯體經(jīng)滲碳后，在其表面生成熱解碳層；所述含有熱解碳層的C/C復(fù)合材料坯體與碳纖維坯體的密度差為0.5-0.7g/cm3。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種ZrC-TiC改性C/C-SiC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述碳纖維坯體選自炭纖維針刺整體氈、炭纖維細(xì)編織穿刺氈、短切炭纖維疊層針刺氈中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種ZrC-TiC改性C/C-SiC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述含有熱解碳層的C/C復(fù)合材料坯體是通過下述方案制備的: 取密度為0.lg/cm3-0.9g/cm3的炭纖維預(yù)制體，置于沉積爐內(nèi)，以氫氣作為載氣，以丙烯或甲烷為碳源氣體，在溫度為1000°C -1300°C、壓力為0.3Kpa-3.SKpa的條件下進(jìn)行沉積熱解碳層，直至炭纖維預(yù)制體增重0.5-0.7g/cm3。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種ZrC-TiC改性C/C-SiC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述含有Zr粉、Ti粉和Si粉的混合粉末由Si粉、Zr粉、Ti粉和助燒劑按摩爾比，Si粉:Zr粉:Ti粉:助燒劑=5-9:0.1-5:0.1-5:0:05-0.1組成；所述助燒劑選自Cu、Fe、Al中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種ZrC-TiC改性C/C-SiC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述Zr粉、Ti粉、Si粉的純度均大于等于99%。
10.根據(jù)權(quán)利要求4-9任意一項(xiàng)所述的一種ZrC-TiC改性C/C-SiC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一 取密度為0.lg/cm3-0.9g/cm3的炭纖維預(yù)制體，置于沉積爐內(nèi)，以氫氣作為載氣，以丙烯或甲烷為碳源氣體，在溫度為1000°C -1300°C、壓力為0.3Kpa-3.SKpa的條件下進(jìn)行沉積熱解碳層，直至炭纖維預(yù)制體增重0.5-0.7g/cm3;得到含有熱解碳層的C/C復(fù)合材料坯體；所述炭纖維預(yù)制體選自炭纖維針刺整體氈、炭纖維細(xì)編織穿刺氈、短切炭纖維疊層針刺氈中的一種； 步驟二 將步驟一所得含有熱解碳層的C/C復(fù)合材料坯體置于含有Zr粉、Ti粉和Si粉的混合粉末上，在保護(hù)氣氛下，以5°C /min-20°C /min的升溫速率，升溫至1900°C -2300°C，保溫0.5h-3h后，以3°C /min-20°C /min的降溫速率冷卻至室溫或隨爐冷卻至室溫，得到ZrC-TiC改性C/C-SiC復(fù)合材料，所述保護(hù)氣氛為氬氣氣氛或氫氣氣氛；或 將步驟一所得含有熱解碳層的C/C復(fù)合材料坯體置于含有Zr粉、Ti粉和Si粉的混合粉末上，在保護(hù)氣氛下，以5°C /min-20°C /min的升溫速率，升溫至1400°C -2300°C，然后抽真空至真空度小于等于0.l-10Pa，在1900°C -2300°C，真空保溫0.5h_3h后，以3°C /min-20°C /min的降溫速率冷卻至室溫或隨爐冷卻至室溫，得到ZrC-TiC改性C/C-SiC復(fù)合材料，所述保護(hù)氣氛為氬氣氣氛或氫氣氣氛； 所述含有Zr粉、Ti粉和Si粉的混合粉末由Si粉、Zr粉、Ti粉和助燒劑按摩爾比，Si粉:Zr粉:Ti粉:助燒劑=5-9:0.1-5:0.1-5:0:05-0.1組成；所述助燒劑選自Cu、Fe、Al中的至少一種。 所述含有Zr粉、Ti粉和Si粉的混合粉是通過下述方案制備的: 將按摩爾比Si粉:Zr粉:Ti粉:助燒劑=5-9:0.1-5:0.1-5:0:05-0.1配取的Si粉、Zr粉、Ti粉和助燒劑置于球磨機(jī)中在保護(hù)氣氛下，進(jìn)行球磨混料；球磨的條件為:球磨介質(zhì)為不銹鋼或ZrO2、球料質(zhì)量比為4:1-10:1，球磨轉(zhuǎn)速為150r/min-400r/min、球磨時(shí)間時(shí)長(zhǎng)為8h-20h，球磨氣氛為氬氣氣氛。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種ZrC-TiC改性C/C-SiC復(fù)合材料及其制備方法；屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的復(fù)合材料包括碳纖維、熱解碳層、SiC、ZrC-TiC；所述熱解碳層包覆在碳纖維表面；所述SiC、ZrC-TiC包覆在熱解碳層表面；且ZrC-TiC均勻分布在SiC中。其制備方法為采用化學(xué)氣相滲透法制得低密度C/C復(fù)合材料；將Si、Zr、Ti混合粉末熔化并通過毛細(xì)作用滲入C/C復(fù)合材料內(nèi)部，通過高溫原位反應(yīng)在孔隙中形成陶瓷相，最終獲得ZrC-TiC改性C/C-SiC復(fù)合材料。本發(fā)明采用成本較低且快速便捷的工藝方法有效提高了C/C-SiC復(fù)合材料的使用溫度，大大增強(qiáng)了材料的超高溫抗燒蝕性能。
【IPC分類】C04B35-565, C04B35-622, C04B35-56, C04B35-83
【公開號(hào)】CN104671815
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510025732
【發(fā)明人】熊翔, 曾毅, 王滴泥, 張紅波, 孫威, 王雅雷, 吳強(qiáng), 張響
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月19日