一种表层为SiC内层为ZrC的陶瓷基复合材料的制作方法
【专利摘要】一种表层为SiC内层为ZrC的陶瓷基复合材料，其特征在于所述的陶瓷基复合材料由中心层C/C复合材料、表层SiC、内层ZrC组成。C/C复合材料是镶嵌在SiC层和ZrC层之间，内层为ZrC，表层为SiC。C/C复合材料体积分数为40％～70％，ZrC体积分数为15％～30％，SiC体积分数为15％～30％。所述的陶瓷基复合材料可以是平板状、圆管状、圆板状，SiC层和ZrC层渗入到C/C复合材料中，渗入深度为1～3mm。C/C复合材料易于被氧化烧蚀，SiC具有良好的抗氧化作用，生成的SiO2是已知的最抗氧化的材料，而ZrC耐高温，生成的ZrO2熔点高达2680℃，故通过加入SiC和ZrC的表层为SiC内层为ZrC的陶瓷基复合材料抗烧蚀和抗氧化能力得到提高。
【专利说明】—种表层为SiC内层为ZrC的陶瓷基复合材料
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种陶瓷基复合材料，特别是涉及一种表层为SiC内层为ZrC的陶瓷基复合材料。
【背景技术】
[0002]C/C复合材料不但具有良好的导电导热性抗腐蚀性和热稳定性，而且还具有一系列优异的高温性能，如耐烧蚀，良好的高温强度保持率及抗热震性能等，是一种理想的轻质高温结构材料C/C复合材料虽然具有良好的高温耐烧蚀性能，然而极端环境中的应用需求(如高冲质比的固体火箭发动机喉衬材料、导弹鼻锥等)，对C/C复合材料的抗氧化耐烧蚀能力提出了更高的要求。此外，作为新一代飞行器燃烧室、鼻锥和机翼前缘等的理想轻质防热结构材料，耐烧蚀性能也是决定其可靠性、准确性和可操作性的重要因素。因此，为满足新一代高性能航空航天产品发展的需要，亟进一步提高C/C复合材料的耐高温烧蚀和耐冲刷性能。
[0003]近年来，美、俄、法等国家在C/C复合材料中添加TaC，ZrC，HfC等难熔碳化物来提高C/C复合材料的抗冲刷耐烧蚀能力，以承受更高的燃气温度或更长的服役时间。ZrC具有高熔点(3540°C )、高强度高硬度和良好的高温抗热震性能，是一种耐腐蚀、化学稳定性好的高温结构材料。在高温氧化环境中，其氧化产物ZrO2不但熔点高(2770°C )，而且具有相对低的蒸气压和热导率。又或是通过添加SiC来提高C/C复合材料的抗氧化能力，SiC高温氧化产物为SiO2，这是已知的最抗氧化的材料了。
[0004]文献“C/C-SiC复合材料的反应熔渗法制备与微观组织，赵彦伟，孙文婷，李俊平，刘宏瑞，张国兵，宇航材料工艺报，2013年第2期”中提出通过向多孔C/C预制体中熔渗如S1-Zr制备了不含游离Si的C/C-SiC复合材料，合金中的Zr与C/C多孔体中的C和Si反应生成ZrC和ZrSi2，所获得复合材料具有较高的强度、较好的抗氧化性和抗烧蚀性。
[0005]文献“反应熔渗法制备C/C-SiC材料的组织结构及性能，唐睿，王继平，龙冲生，金志浩，核动力工程，2009.2，第30卷，第I期”中采用液相气化热梯度CVI法制备C/C材料，通过反应熔渗法制备出密度2.13?2.28g/cm3的C/C-SiC复合材料。反应熔渗法制备的C/C-SiC复合材料由C、SiC、Si组成，密度较高，再经石墨化处理后，弯曲强度和压缩强度有所降低，但断裂韧性明显提高。
[0006]C/C预制件单纯渗Si形成C/C-SiC复合材料抗高温烧蚀和粒子冲击性能差，单纯渗Zr则因ZrC密度大而增加了陶瓷基复合材料的重量，而且ZrC作为外层，氧化后形成多孔且发生热缩冷胀的可逆相变材料ZrO2，抗氧化差。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种表层为SiC内层为ZrC的陶瓷基复合材料，其特征在于所述的陶瓷基复合材料由中心层C/C复合材料、表层SiC、内层ZrC组成。C/C复合材料是镶嵌在SiC层和ZrC层之间，内层为ZrC，表层为SiC。C/C复合材料体积分数为40 %?70 %，ZrC体积分数为15 %?30 %，SiC体积分数为15 %?30%。
[0008]针对上述问题，本发明提供一种表层为SiC内层为ZrC的陶瓷基复合材料，所述的陶瓷基复合材料可以是平板状、圆管状、圆板状。SiC层和ZrC层渗入到C/C复合材料中，渗入深度为I?3mm。SiC具有良好的抗氧化作用，生成的SiO2是已知的最抗氧化的材料，来保护C/C复合材料在高温时不被外界环境氧化。直接与火焰接触，ZrC耐高温烧蚀，生成的ZrO2熔点高达2680°C。所以通过加入SiC和ZrC，复合材料的抗氧化性能以及抗烧蚀能力得到很好的提高。
[0009]本发明具有的优点:(1)复合材料中不含游离Si，高温性能更加优异；(2) SiC和ZrC的添加使复合材料的抗氧化和抗烧蚀能力得到提高；(3)材料具有良好的热、化学稳定性，并且轻量化。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为圆管状表层为SiC内层为ZrC的陶瓷基复合材料的截面图
[0011]10为内层ZrC ；20为表层SiC ；30为中心层C/C复合材料
[0012]图2为平板或圆板状表层为SiC内层为ZrC的陶瓷基复合材料的截面图
[0013]10为内层ZrC ；20为表层SiC ；30为中心层C/C复合材料
[0014]下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
[0015]实施例1
[0016]参照图1，是圆管状表层为SiC内层为ZrC的陶瓷基复合材料的截面图，其中10为内层ZrC，20为表层SiC，30为中心层C/C复合材料。C/C复合材料体积分数为70%，表层SiC体积分数为15%，内层ZrC体积分数为15%。陶瓷基复合材料由中心层C/C复合材料、表层SiC、内层ZrC组成。SiC层和ZrC层渗入到C/C复合材料中，渗入深度为2mm。
[0017]实施例2
[0018]参照图2，是平板或圆板状表层为SiC内层为ZrC的陶瓷基复合材料的截面图，其中10为内层ZrC，20为表层SiC，30为中心层C/C复合材料。C/C复合材料体积分数为60%，表层SiC体积分数为20%，内层ZrC体积分数为20%。陶瓷基复合材料由中心层C/C复合材料、表层SiC、内层ZrC组成。SiC层和ZrC层渗入到C/C复合材料中，渗入深度为3mm。
[0019]上述仅为本发明的两个【具体实施方式】，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【权利要求】
1.一种表层为SiC内层为ZrC的陶瓷基复合材料，其特征在于由中心层C/C复合材料、表层SiC、内层ZrC组成。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料，其特征在于C/C复合材料体积分数为40%?70%，ZrC体积分数为15%?30%，SiC体积分数为15%?30%。
3.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料，其特征在于可以是平板状、圆管状、圆板状。
4.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料，其特征在于所述的SiC层和ZrC层渗入到C/C复合材料中，渗入深度为I?3mm。
【文档编号】C04B35/56GK103722824SQ201310412272
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】陈照峰, 余盛杰 申请人:太仓派欧技术咨询服务有限公司