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SiC改性C/C_MoSi2复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]碳/碳(C/C)复合材料由于具有非常优异的性能(膨胀系数低、密度低、耐高温、耐烧蚀、高强度、高模量等)使得其在航空航天领域具有广阔的应用前景，比如鼻锥，SRM喷管，涡轮机及燃气系统以及刹车盘等部位。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]一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,He jun L1.Effect of surface ablat1n productson the ablat1n resistance of C/C-SiC composites under oxyacetylenetorch.Corros1n Science，2013，67:60-66、S.Singh ,V.K.Srivastava.Effect ofoxidat1n on elastic modulus of C/C-SiC composites.Materials Science andEngineering A，2008，468: 534-539.]、C/C-ZrC复合材料[C.Y.Li，K.Z.Li，H.J.Li，Y.L.Zhang,H.B.0uyang,Microstructure and ablat1n resistance of carbon/carboncomposites with a zirconium carbide rich surface layer,Corros.Sc1.85(2014)160-166.^Shen Xuetao,Li Kezh1.Microstructure and ablat1n properties ofzirconium carbide doped carbon/carbon composites.Carbon?2010?48:344-35KChun-xuan Liu,Jian-xun Chen.Pyrolysis mechanism of ZrC precursor and fabricat1nof C/C-ZrC composites by precursor infiltrat1n andpyrolysis.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 of integerfelt reinforced C/C-SiC-ZrC composites prepared by a two-step method.CeramicsInternat1nal，2012，38:3419-3425、Lei Zhuang，Qian-gang Fu.Effect of pre-oxidat1n treatment on the bonding strength and thermal shock resistance ofSiC coating for C/C-ZrC-SiC composites.2015.]、C/C_HfC复合材料[Liang Xue,Zhe-an Su.Microstructure and ablat1n behav1r of C/C-HfC composites prepared byprecursor infiltrat1n and pyrolysis.Corros1n Science.2015]等。
[0004]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[8.￥&11，2.?.0^11，<13.21111，J.Z.Zhang，Y.Jiang，Effects of ablat1n at different reg1ns in three-dimens1nal orthogonal C/SiC composites ablated by oxyacetylene at 1800C,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[1]丨11，^.211&1^33丨01^，1.2110，
H.J.Tao,Ablat1n properties of C/C-SiC composites tested on an arc heater,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, eta 1.Wear-mechanical properties offiller-added liquid silicon infiltrat1n C/C-SiC composites Materials andDes ign [ 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[2.0.1^，^.1^，5.￥.21^叫，入￥&1^，￥.1^，F.J.Sun,Effect of react1n melt infiltrat1n temperature on the ablat1nproperties of 2D C/C-SiC-ZrC composites ,Corros.Sci.58(2012) 12-19.]。而米用均相水热渗透结合等温化学气相渗(ICVI)透致密制备碳/碳-耐高温陶瓷复合材料的方法还未见报道。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种SiC改性C/C_MoSi2复合材料的制备方法，该方法制得的陶瓷基复合材料密度适中，结构致密，C/C与SiC界面，SiC与MoSi2界面以及C/C与MoSi2界面结合良好，并且高温抗氧化、抗烧蚀性能良好。
[0006]为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。
[0007]一种SiC改性C/C_MoSi2复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0008]I)将密度为0.4?0.6g/cm3的多孔碳/碳复合材料切割成圆形薄片，得到C/C试样；
[0009]2)将粒径为100?200醒的3丨(:、粒径为0.8?14111的二硅化钼粉体按质量比(0.5?
I): (2?4)分散于去离子水中，搅拌均匀后得到悬浮液；
[0010]3)将悬浮液与C/C试样一同加入到水热反应釜内衬中，并加入无水乙醇后，于160?220°C进行水热反应24?48h，水热反应结束后取出C/C试样并洗涤，干燥；
[0011]4)将干燥后的试样在均热炉中采用等温化学气相渗透致密化，等温化学气相渗透的沉积温度为1100°C，沉积时间为60?80h，采用天然气作为碳源，并且天然气流量为1.5?2.5m3/h；
[0012]5)将致密化后的试样于氩气气氛保护下2500°C石墨化处理2h，得到SiC改性C/C-MoSi2复合材料。
[0013]步骤I)中圆形薄片的直径为I?4cm，厚度为I?1.5cm。
[0014]步骤2)中粒径为0.8?Ιμπι的二硅化钼和粒径为100?200nm的SiC粉体具体通过以下方法制得:将二硅化钼粉体、SiC粉体混合分别湿法球磨24?48h，得到粒径为0.8?ιμπι的二硅化钼和粒径为100?200nm的SiC粉体。
[0015]步骤2)中搅拌均匀是通过磁力搅拌10?12h实现的。
[0016]步骤2)中碳化硅、二硅化钼的总质量与去离子水的比为(2.5?5)g:(150?200)
mLo
[0017]步骤3)中加入悬浮液与无水乙醇的体积比为30?40mL:1?10mLD
[0018]步骤3)中干燥是在电热鼓风干燥箱中并在60?100°C下烘干2?4h。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果体现在:
[0020]本发明通过多次水热渗透过程，使得MoSi2,SiC颗粒渗透进入多孔C/C复合材料内部。这一过程简单，实验设备简易，消耗能量低，环境友好无污染，并且由于渗透过程在水热超临界状态下，反应釜内部压力大，能使得被渗透颗粒有效定向到达C/C材料内部。采用等温化学气相渗透(CVI)法对复合材料进行致密，将沉积MoSi2，SiC颗粒后的复合材料置于均热炉中，反应气体天然气主要通过扩散从多孔碳/碳复合材料的纤维骨架表面渗入到含SiC和MoSi2的C/C试样的内表面，发生化学反应并原位沉积，同时反应气体副产物从含SiC和MoSi2的C/C试样内部扩散出来，本发明采用的装置简单，能够有效提高了沉积速率，而且能封填多孔碳/碳复合材料以及SiC、MoSi2颗粒的缝隙，使得材料缺陷减少，致密化程度有效提升。本发明制备的SiC改性C/C-MoSi2复合材料密度适中，结构致密，界面结合良好，抗烧蚀性能良好，经30s烧蚀后，质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.70mg/s和0.0051mm/s，性能优于相同测试条件下同等密度的C/C复合材料。本发明原料容易获得，制备工艺简单，操作简便，成本低，环境友好无污染。本发明由均相水热渗透结合等温化学气相渗透制备出致密、有结构致密的SiC改性C/C-MoSi2复合材料，有望取得C/C复合材料高温抗氧化、抗烧蚀性能的新突破，对拓展C/C复合材料在高温领域的应用具有重要意义。
【附图说明】
[0021 ]图1为实施例1制备SiC改性C/C_MoSi2复合材料的XRD图；
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
[0023]实施例1:
[0024]I)将密度为0.4g/cm3的多孔碳/碳复合材料(江苏天鸟高新技术有限公司)切割成直径为3cm，厚度