一种Ta4HfC5先驱体制备方法及制得的纳米陶瓷和耐高温复合材料

技术领域

本发明总体地涉及超高温陶瓷技术领域，具体涉及一种Ta

背景技术

航空航天对极端服役环境下(例如高速气流冲刷、高温、有氧气氛、热辐射、高频振动和噪声等)的材料需求激发了科研人员对超高温陶瓷及其复合材料的研究兴趣，特别是随着高马赫数飞行器的发展，其尖锐前缘和推进系统面临极高温度、恶劣化学环境、高速粒子侵蚀和高压气流等，对相应材料的耐温等级和可靠性提出了更高的挑战，满足极端环境服役要求已成为超高温陶瓷及其复合材料研究的热点。

超高温陶瓷通常被定义为熔点高于3000℃的无机非金属材料，而超高温陶瓷基复合材料则是指以超高温陶瓷为基体，通过纤维增韧制得的复合材料。因能克服陶瓷的本征脆性，提高结构稳定性，超高温陶瓷基复合材料已成为超高温陶瓷在热防护领域的主要应用形式。

截至目前，超高温陶瓷基复合材料具备先驱体浸渍裂解(PIP)和反应熔渗(RMI)两种应用较广的制备工艺，其中PIP工艺因具有对各类复杂结构适用度高、产物较为纯净等优点，是目前制备超高温陶瓷基复合材料的主流工艺。

在超高温陶瓷的众多体系中，TaC和HfC因具有高熔点、高硬度、高模量等一系列特点，得到了研究者的青睐。而且由于Ta和Hf的原子半径相近，所以从理论上来说TaC和HfC可以实现无限互熔而形成Ta

针对Ta

CN201611051813.9的发明公开了一种Ta

CN201911166167.4的发明公开了一种SiC掺杂Ta

申请号为201911166167.4的发明制备的Ta

发明内容

本发明的目的是提供一种Ta

本发明涉及的先驱体制备原料易得，工艺简单，所得Ta

本发明的技术方案是，本发明一方面提供了一种Ta

步骤1)，配制柠檬酸乙醇溶液：将柠檬酸加入乙醇中，经充分搅拌使柠檬酸溶解，得到柠檬酸乙醇溶液；

步骤2)，制备配合物溶液：将TaCl

步骤3)，制备Ta

本发明以乙醇为溶剂，以TaCl

进一步的，上述步骤1)中，为加快溶解速率，柠檬酸在乙醇中搅拌溶解时温度控制为40～60℃。

进一步的，上述步骤2)中，按金属阳离子与柠檬酸的摩尔比范围为1:2.5～3.5来控制加入金属氯化物的重量；所述溶解反应时间为40～80min。

进一步的，上述步骤3)中，所述小分子多元醇为乙二醇或者丙三醇，优选羟基较多的丙三醇；所述小分子多元醇与Ta

进一步的，上述步骤(1)-(3)均在通风柜中进行。

本发明另一方面提供了一种Ta

本发明中Ta

本发明还一方面提供了一种C

本发明还提供了上述C

步骤1)，将C纤维预制件置于沉积炉中，采用化学气相沉积工艺，以丙烯为碳源，在960℃温度下、2kPa的压力下进行纤维表面C界面的沉积制备，C界面的厚度根据不同碳纤维预制件结构可为50nm～2μm；

步骤2)，将步骤1)中表面形成C界面的C纤维预制件置入真空浸渍罐中，在真空环境下引入权利要求1-5中任一权利要求所述的Ta

步骤3)，将步骤2)中的浸渍后的预制件在150～220℃固化1h；

步骤4)，将步骤3)中固化后的预制件置于裂解炉中，在氩气气氛下600～1000℃下裂解1h；

步骤5)，循环步骤2)-步骤4)，直至增重率达到1％以下，便可将预制件在真空氛围下1600～1800℃下处理1～2h，即得到C/Ta

步骤6)，将步骤5)所得的C/Ta

步骤7)，步骤6)中的浸渍后的预制件在150℃固化1h；

步骤8)，将步骤7)中固化后的预制件置于裂解炉中，在氩气气氛下800～1200℃下裂解1h；

步骤9)，循环步骤5-7)，直至增重率达到1％以下，便可得到C

本发明中为减少高温对纤维的损伤，在Ta

本发明中Ta

本发明相比现有技术的先进性在于：

提供了一种改性柠檬酸络合制备Ta

附图说明

从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：

图1为本发明实施例1所得Ta

图2为本发明实施例1所得Ta

图3为本发明实施例2所得Ta

图4为本发明实施例2所得Ta

图5为本发明实施例3所得的C

图6为本发明实施例3所得的C

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种Ta

步骤1)将32.2g柠檬酸加入60ml乙醇内，在60℃下经充分搅拌后柠檬酸溶解于乙醇，得到柠檬酸乙醇溶液；

步骤2)取16gTaCl

步骤3)在配合溶液中加入35ml乙二醇，60℃下反应60min，最后得到Ta

步骤4)将步骤3)所得的Ta

本实施例所得先驱体粘度为30.4mPa.s，具有优异的流动性。从图1先驱体在不同温度处理后所得产物的XRD图可以看到，当裂解温度达到1800℃时先驱体转化得到了单相的Ta

实施例2

一种Ta

步骤1)将53.7g柠檬酸加入100ml乙醇，在60℃下经充分搅拌后柠檬酸溶解于乙醇内，得到柠檬酸乙醇溶液；

步骤2)取26.7gTaCl

步骤3)在配合溶液中加入50ml丙三醇，60℃下反应60min，最后得到Ta

步骤4)将步骤3)所得的Ta

本实施例所得先驱体粘度为93.6mPa.s，具有良好的流动性。由图3先驱体在不同温度处理后所得产物的XRD图可以看到，当裂解温度达到1600℃时就可得到单相的Ta

实施例3

一种C

步骤1)将C纤维预制件置于浸渍罐中，在真空环境下引入实施例2中步骤1-3)中的Ta

步骤2)将步骤1)中浸渍后的预制件经90min升至220℃固化，保温1h。

步骤3)将步骤2)中固化后的预制件置于裂解炉中，在氩气气氛中于1000℃下裂解1h。

步骤4)循环多次步骤1-3)，增重小于1％后置于高温炉中，在真空氛围下1600℃下处理1h，即得到C/Ta

步骤5)将步骤4)所得的C/Ta

步骤6)步骤5)中的浸渍后的预制件经120min升至150℃，固化1h。

步骤7)将步骤6)中固化后的预制件置于裂解炉中，在氩气气氛下1200℃下裂解1h。

步骤8)循环多次步骤5)-7)，直至增重率达到1％以下，便可得到C

由图5可知，在本实施例所得的C

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。