合材料在制备高超声速飞行器中的应用。
[0026]与现有技术相比，本发明的优点在于:
1、本发明提供了一种碳纤维增强碳化锆复合材料，密度为2.0Og/cm3?2.80g/cm3，开孔率为5%?10%，其中该碳纤维增强碳化锆复合材料中碳化锆的体积分数为25%?43%，且碳化锆的含量越高，致密度越高，开孔率越低。本发明的碳纤维增强碳化锆复合材料具有ZrC含量高、开孔率低、致密度高等优点，且材料的强度高，力学性能优异，是超高声速飞行器超高温热防护的重要候选材料之一。
[0027]2、本发明提供了一种碳纤维增强碳化锆复合材料的制备方法，使用价廉易得的高浓度锆源和碳源为先驱体，通过交替真空浸渍高浓度锆源和碳源，可制备碳纤维增强碳化锆复合材料，避免了先驱体繁琐的合成过程，且降低了成本，克服了现有技术中存在的先驱体合成复杂、成本较高等问题。
[0028]3、本发明提供了一种碳纤维增强碳化锆复合材料的制备方法，以高浓度锆源进行真空浸渍，提高了 Zr源的引入效率，大大缩短了制备周期，同时通过控制碳源的浓度，避免引入过多的C，提高了 ZrC的含量。本发明的制备方法能够获得致密度更高的碳纤维增强碳化锆复合材料，克服了现有技术中存在的ZrC引入率低、含量偏少、制备周期长等问题。
[0029]4、本发明提供了一种碳纤维增强碳化锆复合材料的制备方法，采用交联固化工艺对锆源和碳源进行固化，其中交联过程工艺简便、时间较短，只需加热至所需温度并保温即可，不需要添加额外的交联剂或溶剂；交联固化过程中固化温度最高为290°C，固化温度低，且不需要裂解即可继续致密化，这使得致密化效率比较快(一天可完成1.5个周期)，减少了制备时间，降低了生产成本。
[0030]5、本发明的制备方法具有工艺简单、原料便宜易得、成本低、Zr源的引入效率高、制备周期短等优点，制备得到的碳纤维增强碳化锆复合材料具有ZrC含量高、致密度高等优点，与分别引入C和Zr02I艺制备的材料相比，ZrC含量高，但和PIP工艺制备的材料相比，含量相当。
【附图说明】
[0031]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0032]图1为本发明实施例1中碳纤维增强碳化锆复合材料的宏观图。
[0033]图2为本发明实施例1中碳纤维增强碳化锆复合材料的XRD图。
[0034]图3为本发明实施例1中碳纤维增强碳化锆复合材料断口的SEM图。
[0035]图4为本发明实施例1中碳纤维增强碳化锆复合材料的载荷-位移曲线。
【具体实施方式】
[0036]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
[0037]以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
[0038]实施例1
一种本发明的碳纤维增强碳化锆复合材料，该碳纤维增强碳化锆复合材料是以三维穿刺碳纤维布为增强体，以碳化锆为基体。该碳纤维增强碳化锆复合材料中，ZrC的体积分数为28.3%，三维穿刺碳纤维布的体积分数为45%。碳纤维增强碳化锆复合材料的密度为
2.10g/cm3，开孔率为 8.5%ο
[0039]—种上述本实施例的碳纤维增强碳化锆复合材料的制备方法，包括下列步骤:
(1)预制件成型:将碳纤维布叠层，以穿刺的方式制得碳纤维预制件。
[0040](2)纤维涂层的制备:以丙烯为先驱体，采用化学气相沉积工艺在1000°C下沉积10h，在步骤(1)中制得的碳纤维预制件的纤维表面沉积厚度为0.15 μπι裂解碳涂层，得到沉积有裂解碳涂层的碳纤维预制件。
[0041](3)真空浸渍锆源:将步骤(2)中制得的沉积有裂解碳涂层的碳纤维预制件置于浸渍罐中，抽真空至真空度小于lOOPa，将50wt%的醋酸锆-水溶液加入浸渍罐中，使碳纤维预制件在溶液中真空浸渍4小时得到浸渍有锆源的碳纤维预制件。
[0042](4)交联固化锆源:取出步骤(3)中浸渍有锆源的碳纤维预制件，放入烘箱内交联固化，固化机制为先在150°C下保温1小时，然后升温至290°C固化3小时，得到固化有锆源的碳纤维预制件。
[0043](5)真空浸渍碳源:将步骤(4)中固化有锆源的碳纤维预制件置于浸渍罐中，抽真空至真空度小于lOOPa，将20wt%的酚醛树脂-乙醇溶液加入浸渍罐中，使纤维预制件在溶液中真空浸渍4小时得到浸渍有碳源的碳纤维预制件。
[0044](6)交联固化碳源:取出步骤(5)中浸渍有碳源的碳纤维预制件，放入烘箱内交联固化，固化机制为先在150°C下保温1小时，然后升温至180°C固化1小时，得到固化有碳源的碳纤维预制件。
[0045](7)致密化:重复真空浸渍锆源-交联固化锆源-真空浸渍碳源-交联固化碳源过程4个周期得到致密化的碳纤维预制件。该致密化的碳纤维预制件，相比于上一周期致密化的碳纤维预制件，增重率小于1%。
[0046](8)高温反应:将步骤(7)中致密化的碳纤维预制件在高纯氩气氛围下，以1600°C高温反应1小时得到碳纤维增强碳化锆复合材料。
[0047](9)再致密化:重复致密化-高温反应过程2个周期，得到开孔率为8.5%的碳纤维增强碳化锆复合材料。
[0048]本实施例制备的碳纤维增强碳化锆复合材料的宏观形貌、XRD谱图、断口微观形貌和载荷-位移曲线分别如图1、图2、图3和图4所示。
[0049]从图1中可看出:本实施例制备的碳纤维增强碳化锆复合材料表面平整致密，碳纤维纹路明显。
[0050]将复合材料磨成粉，测试其XRD谱图，如图2所示。图2中:C和ZrC的衍射峰说明制备的材料为C/ZrC复合材料。
[0051]采用三点弯曲试验(跨距为50mm，试样尺寸为4mmX 3mmX 60mm)测得本实施例制备的碳纤维增强碳化锆复合材料的弯曲强度为220MPa，其断口微观形貌如图3所示。由图3可见:基体密实，纤维拔出明显，说明纤维与基体界面结合较弱。
[0052]载荷-位移曲线如图4所示:断裂方式为假塑性断裂，载荷达到最大值后，呈阶梯状降低。
[0053]参照GJB 323A-96标准，通过氧-乙炔焰烧蚀方法测得该材料的质量烧蚀率为0.0105g/s，线烧蚀率为 0.0162mm/so
[0054]该碳纤维增强碳化锆复合材料的密度为2.lOg/cm3，开孔率为8.5%。
[0055]本实施例的制备方法中，需要15个制备周期，共计12天，且仅需要3次1600°C热处理，降低了加工成本。
[0056]实施例2 一种本发明的碳纤维增强碳化锆复合材料，该碳纤维增强碳化锆复合材料以碳化锆为基体，以三维穿刺碳纤维布为增强体。该碳纤维增强碳化锆复合材料中，三维穿刺碳纤维布的体积分数为45%，ZrC的体积分数为27.2%。碳纤维增强碳化锆复合材料的密度为2.05g/cm3，开孔率为8.5%ο
[0057]—种上述本实施例的碳纤维增强碳化锆复合材料的制备方法，包括下列步骤:
(1)预制件成型:将碳纤维布叠层，以穿刺的方式制得碳纤维预制件。
[0058](2)纤维涂层的制备:采用化学气相沉积工艺在步骤(1)中制得的碳纤维预制件的纤维表面沉积裂解碳涂层，具体是以丙烯为先驱体，采用化学气相沉积工艺在1000°C沉积10h，在步骤(1)的碳纤维预制件的纤维表面制备厚度为0.15 μπι的裂解碳涂层，得到沉积有裂解碳涂层的碳纤维预制件。
[0059](3)真空浸渍锆源:将步骤(2)中制得的沉积有裂解碳涂层的碳纤维预制件置于浸渍罐中，抽真空至真空度小于lOOPa，将30wt%的锆溶胶加入浸渍罐中，使碳纤维预制件在溶液中真空浸渍4小时得到浸渍有锆源的碳纤维预制件。
[0060](4)交联固化锆源:取出步骤(3)中浸渍有锆源的碳纤维预制件，放入烘箱内交联固化，固化机制为先在150°C下保温1小时，然后升温至200°C固化3小时，得到固化有锆源的碳纤维预制件。
[0061](5)真空浸渍碳源:将步骤(4)中固化有锆源的碳纤维预制件置于浸渍罐中，抽真空至真空度小于lOOPa，将20wt%的酚醛树脂-乙醇溶液加入浸渍罐中，使纤维预制件在溶液中真空浸渍4小时得到浸渍有碳源的碳纤维预制件。
[0062](6)交联固化碳源:取出步骤(5)中浸渍有碳源碳纤维预制件，放入烘箱内交联固化，固化机制为先在150°C下保温1小时，然后升温至180°C固化1小时，得到固化有碳源的碳纤维预制件。
[0063](7)致密化:重复真空浸渍锆源-交联固化锆源-真空浸渍碳源-交联固化碳源过程4个周期得到致密化的碳纤维预制件。该致密化的碳纤维预制件，相比于上一周期致密化的碳纤维预制件，增重率小于1%。
[0064](8)高温反应:将步骤(7)中致密化后的碳纤维预制件在高纯氩气氛围下，以1600°C高温反应1小时得到碳纤维增强碳化锆复合材料。
[0065](9)再致密化:重复致密化-高温反应过程3个周期，得到开孔率为8.5%的碳纤维增强碳化锆复合材料。
[0066]经测试，本实施例制备的碳纤维增强碳化锆复合材料的密度为2.05g/cm3，开孔率为8.5%，弯曲强度为152MPa，质量烧蚀率为0.0116g/s，线烧蚀率为0.0191mm/s。
[0067]实施例3
一种本发明的碳纤维增强碳化锆复合材料，该碳纤维增强碳化锆复合材料以碳化锆为基体