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申请/专利权人：中国科学院金属研究所

摘要：本发明公开了一种航天热防护系统用低成本碳纤维增强金属‑陶瓷基复合材料及其制备方法，属于复合材料制备技术领域。该方法包括：1预制体制备；2预制体预处理；3铺粉；4熔渗。本发明通过一步反应熔渗法在预制体中同时引入金属‑陶瓷基体，获得了两相基体均匀弥散分布的复合材料；烧蚀过程中金属与陶瓷基体分别通过相变吸热和辐射散热机制降低了材料表面烧蚀温度，实现了主动冷却与被动冷却热防护机制的有效结合，赋予了碳纤维增强金属‑陶瓷基复合材料优异的耐烧蚀性能，大幅提高了碳纤维增强陶瓷基复合材料的使用温度极限，有望作为新型高温热防护材料应用于航天热防护系统。

主权项：1.一种航天热防护系统用低成本碳纤维增强金属-陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：（1）预制体制备：将带有界面层的碳纤维预制体置于前驱体溶液中进行高压浸渍，然后固化和碳化处理；（2）多次重复步骤（1）浸渍-固化-碳化过程得到密度为0.8-1.5gcm3的碳纤维增强碳气凝胶预制体；（3）预制体打磨：将步骤（1）所得的碳纤维增强碳气凝胶预制体依次用200#和800#碳化硅砂纸打磨，以去除预制体的表面结壳；（4）超声清洁：将步骤（2）打磨后的碳纤维增强碳气凝胶预制体放入无水乙醇中超声清洗10min；（5）烘干：将步骤（3）清洗后的碳纤维增强碳气凝胶预制体放入120℃烘箱中5h进行烘干处理；（6）铺粉：称取一定质量的合金粉末并均匀铺在经步骤（4）烘干处理后的碳纤维增强碳气凝胶预制体表面；（7）熔渗：将步骤（6）中表面铺粉的碳纤维增强碳气凝胶预制体置于真空环境中进行高温热处理后，得到所述碳纤维增强金属-陶瓷基复合材料；所述合金粉末含Cu、Si元素，同时还含有单质Zr、Hf、Ta、Ti、Nb、V和Mo难熔金属元素中的一种或几种元素；步骤（1）中，所述界面层为热解碳、碳化硅和氮化硼中的一种或者两种的组合；所述高压浸渍的压力为2-8MPa，时间为0.5-5h；所述固化处理的温度为100-250℃，固化时间为10-20h；所述碳化处理的温度为600-1200℃，碳化时间为0.5-5h；步骤（2）中，所述碳纤维增强碳气凝胶预制体由碳纤维、界面层和具有三维连通纳米孔结构的碳气凝胶基体组成，碳纤维、界面层和具有三维连通纳米孔结构的碳气凝胶基体的重量比例为1-5:1-4:1-8；步骤（6）中，所述合金粉末中Cu元素的重量比例为10-50wt.%。

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