陶瓷基复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于C/C复合材料技术领域，涉及一种C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]碳/碳(C/C)复合材料是目前唯一可以应用于2800°C的高温复合材料，由于具有非常优异的性能使得其在航空航天领域具有广阔的应用前景，比如热膨胀系数低、密度低、耐高温、耐烧蚀、高强度、高模量等优异性能，特别是在惰性气氛的2200°C以内条件下其强度和模量随温度升高而增加的优异性能。然而，C/C复合材料在超过370°C的有氧环境就会被氧化，氧化质量损失导致其强度下降，限制了其应用范围，尤其是在高温或者潮湿环境下的使用。因此，提高C/C复合材料的高温抗氧化性对于其应用十分关键。
[0003]—种有效的解决途径是向C/C复合材料中引入超高温陶瓷，比如SiC、ZrC、HfC等。利用陶瓷相对C/C复合材料起到保护作用，同时还不会降低C/C复合材料的各项性能，反而会提高在高温环境下的稳定性，扩大应用范围。目前研究较多的碳/碳-耐高温陶瓷复合材料主要有 C/C-SiC 复合材料[Lei Liu, Hejun L1.Effect of surface ablat1n productson the ablat1n resistance of C/C - SiC composites under oxyacetylene torch.Corros1n Science，2013，67:60-66、S.Singh, V.K.Srivastava.Effect of oxidat1non elastic modulus of C/C - SiC composites.Materials Science and EngineeringA，2008，468:534-539.]、C/C-ZrC 复合材料[Xue-Tao Shen，Ke-Zhi L1.The effect ofzirconium carbide on ablat1n of carbon/carbon composites under an oxyacetyleneflame.Corros1n Science，2011，53:105—112、Shen Xuetao, Li Kezh1.Microstructureand ablat1n properties of zirconium carbide doped carbon/carbon composites.Carbon，2010，48:344-351、Chun—xuan Liu, Jian-xun Chen.Pyrolysis mechanism of ZrCprecursor and fabricat1n of C/C - ZrC composites by precursor infiltrat1nand pyrolysis.Trans.Nonferrous Met.Soc.China, 2014，24:1779-1784.]、C/C-SiC-ZrC复合材料[Zhaoqian Li, Hejun L1.Microstructure and ablat1n behav1rs ofinteger felt reinforced C/C-SiC-ZrC composites prepared by a two-step method.Ceramics Internat1nal，2012，38:3419 - 3425、Lei Zhuang，Qian-gang Fu.Effect ofpre-oxidat1n treatment on the bonding strength and thermal shock resistanceof SiC coating for C/C - ZrC - SiC composites.2015.]、C/C-HfC 复合材料[LiangXue,Zhe-an Su.Microstructure and ablat1n behav1r of C/C - HfC compositesprepared by precursor infiltrat1n and pyrolysis.Corros1n Science.2015]等。
[0004]除了上述的耐高温陶瓷材料之外，二硅化钼也可以作为耐高温材料引入C/C复合材料中，提高C/C在高温想的性能。MoSidt为一种金属间化合物同样具有十分优异的性能，是目前最具发展潜力的高温结构材料，可应用于1200°C以上。MoSi2*度适中，具有高熔点高模量，具有极好的高温稳定性与高温抗氧化性，更重要的是二硅化钼在高温有氧环境下有缓蚀性，与氧气反应生成3102保护层，S1 2具有流动性，可以封填C/C复合材料的裂纹等缺陷阻止氧气进一步与内部C/C复合材料反应，从而对C/C复合材料起到了保护作用，能长时间在高温下使用。
[0005]为了解决C/C复合材料和MoSi2W面冋题，可以在抽滤MoSi 2悬浮液之前，可以在碳/碳基体中加入少量粒径与MoSi2相近的SiC颗粒，因为SiC分别与C/C复合材料以及MoSi2具有良好的相容性，因此可以提高复合材料的界面结合强度。
[0006]到目前止碳/碳-耐高温陶瓷复合材料的制备方法多种多样，主要有以下几种:先驱体浸渍热解法，化学气相渗透法，熔融渗硅法，反应熔融浸渍法，化学气相沉积法等。前驱体浸渍裂解法多次浸渍工艺周期长，易产生收缩裂纹，成本高[B.Yan，Z.F.Chen, J.X.Zhu, J.Z.Zhang, Y.Jiang, Effects of ablat1n at different reg1nsin three-dimens1nal orthogonal C/SiC composites ablated by oxyacetylene at1800C, J.Mater.Process Tech.209(2009)3438 - 3443.]，采用化学气相渗透法制备的复合材料基体致密化速度低，生产周期长，复合材料稳定性低[J.Yin, Η.B.Zhang, X.X1ng, J.Zuo, H.J.Tao, Ablat1n properties of C/C-SiC composites tested on an archeater, Solid State Sc1.13 (2011) 2055 - 2059.]，采用熔融渗硅法制备的复合材料容易使纤维增强体强度下降，成本也过高[Se Young Kim, etal.Wear-mechanical propertiesof filler-added liquid silicon infiltrat1n C/C - SiC composites Materials andDesign[J]，44(2013) 107 - 113.]，而采用反应熔融浸渍法制备的复合材料对碳纤维损伤很大，造成复合材料力学性能偏低，断裂韧性差[Z.Q.Li, H.J.Li, S.Y.Zhang, J.Wang, ff.Li, F.J.Sun, Effect of react1n melt infiltrat1n temperature on the ablat1nproperties of 2D C/C - SiC - ZrC composites, Corros.Sc1.58 (2012) 12 - 19.]。而米用真空抽滤-均相水热方法制备碳/碳-耐高温陶瓷复合材料的方法还未见报道。
【发明内容】
[0007]为克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种0/(:^(:-10512陶瓷基复合材料的制备方法，该方法制得的C/C-SiC_MoSi2复合材料密度适中，结构致密，C/C与SiC界面，SiC与MoSi2W面以及C/C与MoSi 2界面结合良好，并且具有强度高并且摩擦磨损性能优异、高温抗氧化、抗烧蚀性能良好的特点。
[0008]为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0009]—种0/(:^(:-10312陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0010]1)将碳化硅粉体分散于异丙醇中得混合物A，混合物A中碳化硅粉体浓度为15?25g/L ;将二硅化钼粉体分散于异丙醇中得混合物B，混合物B中二硅化钼浓度为35?45g/L ;将混合物A、混合物B分别搅拌均匀，得到悬浮液A、悬浮液B ;
[0011]2)将碳纤维立体织物切割成圆片；
[0012]3)将圆片置于葡萄糖溶液中于180?220°C下进行均相水热处理6?8h，在碳纤维上沉积碳层，得到C/C试样；
[0013]4)将C/C试样平放于玻璃砂芯抽滤装置内，然后将悬浮液A、悬浮液B倒入真空抽滤平底漏斗中，进行抽滤；
[0014]5)将步骤4)抽滤后的试样干燥；
[0015]6)将步骤5)干燥后的试样放入葡萄糖水溶液中在180?220°C下进行均相水热处理8?12h，得到复合材料，并重复均相水热处理直至复合材料的密度达到1.2?1.5g/cm3，然后干燥；
[0016]7)将步骤6)干燥后的试样在氩气保护下，于1400?1600°C下热处理1?2h，得到C/C-SiC-MoSi2陶瓷基复合材料。
[0017]所述步骤1)中碳化硅粉体的平均粒径控制在0.5?1 μ m。
[0018]所述步骤1)中二硅化钼粉体的平均粒径控制在1?3 μπι。
[0019]所述步骤1)中搅拌之前先超声震荡30?60min。
[0020]所述步骤2)中圆片的直径为2?6cm，厚度为0.5?3cm。
[0021]所述步骤2)中碳纤维立体织物的密度为0.2?0.4g/cm3。
[0022]所述步骤3)中C/C试样的密度为0.2?0.5g/cm3。
[0023]所述步骤3)及步骤6)中葡萄糖溶液浓度为0.7?lmol/L。
[0024]所述步骤4)中，抽滤通过真空栗进行，真空栗抽气压到-0.09?-0.1MPa，抽气量为8?10L/min，功率为180W，频率50Hz，电压为220V。
[0025]所述步骤5)、步骤6)中干燥是在电热鼓风干燥箱中进行的，且干燥的温度为60?100。。。
[0026]与现有技术相比，本发明的有益效果体现在:
[0027]本发明利用真空抽滤-均相水热沉积方法，首先通过真空抽滤设备这一简单的实验装置使得SiC、MoSi2颗粒渗入沉积到低密度碳/碳复合材料中，避免了前驱体浸渍裂解等方法较长的制备工艺以及高温对