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，涉及一种薄片状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]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, Hejun L1.Effect ofsurfce blt1n products on the blt1n resistnce of C/C - SiC composites underoxycetyIene torch.Corros1n Science,2013，67:60-66、S.Singh,V.K.Srivstv.Effect of oxidt1n on elstic modulus of C/C - SiC composites.Mterils Sciencend Engineering，2008，468:534-539.]、C/C-ZrC 复合材料[Xue-To Shenj Ke-ZhiL1.The effect of zirconium crbide on blt1n of crbon/crbon compositesunder n oxycetylene flme.Corros1n Science，2011，53:105—112、Shen Xuetoj LiKezh1.Microstructure nd blt1n properties of zirconium crbide doped crbon/crbon composites.Crbon，2010，48:344-351、Chun-xun Liuj Jin-xun Chen.Pyrolysismechnism of ZrC precursor nd fbrict1n of C/C - ZrC composites by precursorinfiltrt1n nd pyrolysis.Trns.Nonferrous Met.Soc.Chin, 2014，24:1779-1784.]、C/C-SiC-ZrC 复合材料[Zhoqin Li，Hejun L1.Microstructure nd blt1n behv1rs ofinteger felt reinforced C/C-SiC-ZrC composites prepred by two-step method.Cermics Internt1nI，2012，38:3419 - 3425、Lei ZhungjQin-gng Fu.Effect ofpre-oxidt1n tretment on the bonding strength nd therml shock resistnce of SiCcoting for C/C - ZrC - SiC composites.2015.]、C/C-HfC 复合材料[Ling Xuej Zhe-nSu.Microstructure nd blt1n behv1r of C/C - HfC composites prepred by precursorinf iltrt1n nd 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在高温下的抗氧化以及力学性能。MoSi2作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密度适中，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。通过均相水热过程沉积生物碳可以使得二硅化钼与碳纤维的结合紧密，界面良好。
[0005]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.Yn，Z.F.Chen, J.X.Zhu, J.Z.Zhng, Y.Jing, Effects of blt1n t different reg1nsin three-dimens1nl orthogonl C/SiC composites blted by oxycetylene t1800 °C，J.Mter.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, H.B.Zhng, X.X1ng, J.Zuo, H.J.To, blt1n properties of C/C - SiC composites tested on n rcheter, Solid Stte 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, etl.ffer-mechnicl propertiesof filler-dded liquid silicon infiltrt1n C/C - SiC composites Mterils ndDesign [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.Zhng, J.ffng, ff.Li, F.J.Sun, Effect of rect1n melt infiltrt1n temperture on the blt1n properties of2D C/C - SiC - ZrC composites, Corros.Sc1.58 (2012) 12 - 19.]。而采用真空抽滤-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】
[0006]为克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种薄片状C/C_MoSi2复合材料的制备方法，
[0007]为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0008]—种薄片状C/C-MoSi^合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0009]I)将二硅化钼粉体分散于异丙醇中得混合物，混合物中二硅化钼粉体浓度为35?45g/L，将混合物搅拌均勾，得到悬浮液；
[0010]2)将碳纤维立体织物切割成圆片；
[0011]3)将圆片置于葡萄糖溶液中在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；
[0012]4)将步骤3)制备的C/C试样平放于玻璃砂芯抽滤装置内，然后将悬浮液倒入真空抽滤平地漏斗中，进行抽滤；
[0013]5)将抽滤后的试样在葡萄糖溶液中于180?220°C下进行均相水热处理8?12h，并重复均相水热处理直至获得密度为1.2?1.5g/cm3的复合材料，然后干燥；
[0014]6)将干燥后的试样在氩气保护下于1400?1600°C进行热处理I?2h，得到薄片状C/C-MoSi2复合材料。
[0015]所述步骤I)中搅拌前将混合物超声震荡30?50min ;搅拌的时间为2?4h。
[0016]所述二硅化钼粉体的平均粒径控制在I?3 μ m。
[0017]所述碳纤维立体织物的密度为0.2?0.4g/cm3。
[0018]所述圆片的直径为2?6cm，厚度为0.5?3cm。
[0019]所述步骤3)和步骤5)中的葡萄糖溶液的浓度均为0.5?lmol/L。
[0020]所述抽滤是采用真空栗进行的，真空栗抽气压到-0.09?-0.1MP，抽气量为8?10L/min，功率为180W，频率50Hz，电压为220V。
[0021]所述干燥是在电热鼓风干燥箱中进行的；热处理是在真空炉中进行的。
[0022]所述干燥的温度为60?100°C，时间为干燥2?5h。
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