【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于陶瓷基復合材料制備，尤其涉及一種抗高溫燒蝕的陶瓷基復合材料及其制備方法。
技術介紹
1、碳纖維增強陶瓷基復合材料是一種將連續碳纖維作為增韌相，高性能陶瓷作為基體的新型復合材料，兼具陶瓷的高強度和連續碳纖維的韌性。其中，碳纖維增強碳化鋯(cf/zrc)和碳纖維增強碳化鉿(cf/hfc)在高溫、強氣流等苛刻環境下表現出優異的高溫性能，廣泛應用于航空航天等高
2、目前，前驅體浸漬裂解技術(pip)通過將液態陶瓷前驅體浸漬到碳纖維預制體中，經過固化和高溫裂解后形成陶瓷基體。因其設備要求簡單、可近凈成型等優點是制備cf/zrc和cf/hfc復合材料的主要方法之一。例如，中國專利申請cn105367106a公開了一種使用鋯源和碳源周期性浸漬固化裂解對碳纖維基體致密化制備獲得cf/zrc復合材料的方法，該方法通過提高裂解溫度促進碳熱還原反應進行，提高zrc產量以提高復合材料抗燒蝕性能，但該方法中采用的高裂解溫度以及碳熱還原反應對纖維損傷較大，導致獲得的陶瓷基復合材料力學性能較差。
3、隨著高溫燒蝕條件愈加苛刻，pip工藝制備的cf/zrc和cf/hfc復合材料燒蝕過程中氧化生成多孔zro2和hfo2，燒蝕層粘附性差、易剝落，容易過早地失去對基體的防護能力。中國專利申請cn117602943a公開了一種利用無氧鉭鈦前驅體制備陶瓷基復合材料的方法，并使用高溫高壓條件增加碳化鈦和碳化鉭燒結程度。碳化鈦和碳化鉭能夠在高溫燒蝕條件下形成氧化鈦和氧化鉭抗燒蝕組元，但形成的氧化物同樣疏松多孔，抗燒蝕層抗剝落行
4、因此，亟待開發一種抗高溫燒蝕的陶瓷基復合材料及其制備方法，在提高其抗燒蝕性能的同時，減少前驅體裂解過程中氧化對碳纖維的氧化，避免過高的裂解溫度對碳纖維力學性能的損傷。
技術實現思路
1、為了解決現有技術中存在的一個或者多個技術問題，本專利技術提供了一種抗高溫燒蝕的陶瓷基復合材料及其制備方法。
2、本專利技術在第一方面提供了一種抗高溫燒蝕的陶瓷基復合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：
3、(1)制備多孔碳纖維預制體；
4、(2)使用稀土氯化物的六水合物或稀土硝酸鹽的六水合物與乙酰丙酮制備稀土乙酰丙酮配合物；
5、(3)用二甲苯將稀土乙酰丙酮配合物與聚鋯氧烷或聚鉿氧烷混合均勻，得到鋯-稀土陶瓷前驅體溶液或鉿-稀土陶瓷前驅體溶液；
6、(4)以鋯-稀土陶瓷前驅體溶液或鉿-稀土陶瓷前驅體溶液為浸漬液，通過前驅體浸漬裂解工藝對多孔碳纖維預制體進行第一致密化，得到碳纖維增強的碳化物陶瓷-稀土鋯酸鹽陶瓷基復合材料或碳纖維增強的碳化物陶瓷-稀土鉿酸鹽陶瓷基復合材料；
7、(5)以鉬氯化物與硅氯化物為原料，通過化學氣相滲透方法對碳纖維增強的碳化物陶瓷-稀土鋯酸鹽陶瓷基復合材料或碳纖維增強的碳化物陶瓷-稀土鉿酸鹽陶瓷基復合材料進行第二致密化，制得抗高溫燒蝕的陶瓷基復合材料。
8、優選地，在步驟(1)中：所述多孔碳纖維預制體通過在碳纖維編織體的纖維上沉積界面層得到；優選的是，所述碳纖維編織體的密度為0.4～0.6/cm3；優選的是，所述界面層為熱解碳界面層、碳化硅界面層或氮化硼界面層中的一種或多種；優選的是，所述多孔碳纖維預制體的密度為0.7～1.2g/cm3。
9、優選地，在步驟(2)中，所述稀土乙酰丙酮配合物的制備為：用乙醇溶液將稀土氯化物的六水合物或稀土硝酸鹽的六水合物與乙酰丙酮混合均勻，得到混合液，然后用氨水將混合液的ph調節為5.5～6.5并在50～70℃下保溫1～2小時，再經過濾、洗滌結晶和干燥，得到稀土乙酰丙酮配合物。
10、優選地，所述稀土氯化物的六水合物為recl3·6h2o，其中，re選自la、sm、gd、tb、dy或yb中的一種或多種；所述稀土硝酸鹽的六水合物為re(no3)3·6h2o，其中，re選自la、sm、gd、tb、dy或yb中的一種或多種；所述稀土氯化物的六水合物與乙酰丙酮的摩爾比為1：(3～4)，所述稀土硝酸鹽的六水合物與乙酰丙酮的摩爾比為1：(3～4)；所述乙醇溶液為乙醇水溶液，所述乙醇水溶液中含有乙醇的體積百分含量為90～98％；和/或所述氨水為質量分數為20～30％的氨水。
11、優選地，在步驟(3)中：所述稀土乙酰丙酮配合物與聚鋯氧烷的摩爾比為1：(1.5～3)，所述鋯-稀土陶瓷前驅體溶液中含有稀土乙酰丙酮配合物與聚鋯氧烷的質量分數之和40％～60％。
12、優選地，在步驟(3)中：所述稀土乙酰丙酮配合物與聚鉿氧烷的摩爾比為1：(1.5～3)，所述鉿-稀土陶瓷前驅體溶液中含有稀土乙酰丙酮配合物與聚鉿氧烷的質量分數之和40％～60％。
13、優選地，在步驟(4)中的前驅體浸漬裂解工藝中：所述裂解的溫度為1300～1500℃，所述裂解的時間為1.5～3h；和/或得到的所述碳纖維增強的碳化物陶瓷-稀土鋯酸鹽陶瓷基復合材料或碳纖維增強的碳化物陶瓷-稀土鉿酸鹽陶瓷基復合材料的密度為2.2～2.5g/cm3。
14、優選地，在步驟(5)中：所述鉬氯化物為四氯化鉬；所述硅氯化物為四氯化硅；在進行化學氣相滲透時，以氫氣和氬氣為載氣；進行化學氣相滲透時的壓力為50～200mbar，溫度為900～1200℃；和/或在進行化學氣相滲透時，所述鉬氯化物的流量為10～50sccm，所述硅氯化物的流量為50～200sccm，所述氫氣的流量為80～300sccm，所述氬氣的流量為100～400sccm。
15、優選地，在步驟(5)中：進行化學氣相滲透直至得到的所述抗高溫燒蝕的陶瓷基復合材料的密度為2.7～3.0g/cm3；得到的所述抗高溫燒蝕的陶瓷基復合材料為表層富二硅化鉬的碳纖維增強碳化物陶瓷-稀土鋯酸鹽陶瓷基復合材料或表層富二硅化鉬的碳纖維增強碳化物陶瓷-稀土鉿酸鹽陶瓷基復合材料。
16、本專利技術在第二方面提供了由本專利技術在第一方面所述的制備方法制得的抗高溫燒蝕的陶瓷基復合材料。
17、本專利技術與現有技術相比至少具有如下有益效果：
18、(1)中國專利申請cn105367106a和中國專利申請cn117602943a采用碳化鋯等碳化物超高溫陶瓷作為抗燒蝕組元，高溫燒蝕環境下在碳化物陶瓷表面形成氧化鋯等氧化物抗燒蝕層，提升陶瓷基復合材料的抗燒蝕性能，但形成的氧化鋯等氧化物疏松多孔，抗燒蝕層與基體結合強度低，易剝落，無法對陶瓷基復合材料形成持續防護。而本專利技術發現稀土鋯酸鹽和稀土鉿酸鹽具有高熔點和優異的高溫相穩定性，抗高溫氧化燒蝕性能優異，高溫下不需形成抗燒蝕層即可達到優異的抗燒蝕效果，對陶瓷基體的持續防護效果更佳，本專利技術通過將稀土乙酰丙酮配合物與聚鋯氧烷本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種抗高溫燒蝕的陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟(1)中：
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述稀土乙酰丙酮配合物的制備為：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中：
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中：
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟(4)中的前驅體浸漬裂解工藝中：
8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟(5)中：
9.根據權利要求1至8中任一項所述的制備方法，其特征在于，在步驟(5)中：
10.由權利要求1至9中任一項所述的制備方法制得的抗高溫燒蝕的陶瓷基復合材料。
【技術特征摘要】
1.一種抗高溫燒蝕的陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟(1)中：
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述稀土乙酰丙酮配合物的制備為：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中：
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【專利技術屬性】
技術研發人員：李冀蒙，吳劍，郝乃蓉，閆丹，李志堅，楊小健，陳昊然，劉偉，于新民，劉俊鵬，
申請(專利權)人：航天特種材料及工藝技術研究所，
類型：發明
國別省市：
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