碳/碳/碳化硅复合材料保温筒及制备方法

摘要

本发明公开了一种制备工艺简单、耐硅蒸汽侵蚀的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒及制备方法，其特征是它通过对保温筒的碳纤维预制体采用化学气相渗透法对其进行热解碳和碳化硅交替增密或者热解碳和碳化硅混合增密后，再经机加工、纯化后制备而成，其密度为1.3g/cm3～2.5g/cm3，弯曲强度≥300MPa，断裂韧性≥15MPa?m1/2，本发明可以有效抑制硅蒸汽对碳/碳/碳化硅复合材料芯部碳纤维的侵蚀，制备的碳/碳/碳化硅复合材料弯曲强度大于300MPa，是碳/碳复合材料的2～5倍，断裂韧性≥15MPa?m1/2，抗硅蒸汽腐蚀能力比碳/碳复合材料相比提高了5～10倍，大幅度提高了保温筒的使用寿命，同时，其更高的强度也有利于提高热场的安全性。

权利要求

1.一种碳/碳/碳化硅复合材料保温筒的制备方法，其特征是它包括以下步骤：⑴碳纤维预制体制备：将碳纤维按保温筒的形状和性能要求制成所需结构和形状的碳

3 3

纤维预制体，其密度为0.2g/㎝ ～1.0g/㎝ ；

⑵增密：将步骤⑴制得的碳纤维预制体放入化学气相反应炉中，采用化学气相渗透法

3 3

对其进行热解碳和碳化硅交替增密直至制得密度为1.3g/㎝ ～2.5g/㎝ 的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒坯体；

所述的热解碳和碳化硅交替增密的工艺条件为，将碳源气体引入化学气相反应炉中化学气相渗透热解碳，化学气相渗透时间为1h～600h，碳源气体流量为1L/min～100 L/min，反应气体的压力为2kPa～12kPa；然后关闭碳源气体，以氢气作为载气，以氢气或者氩气作为稀释气体，用鼓泡法将三氯甲基硅烷引入化学气相反应炉中化学气相渗透碳化硅，反应气体中三氯甲基硅烷与氢气的流量比为1：5～20，反应气体的压力为2kPa～12kPa，盛装三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒温水浴中，水浴温度18℃～45℃，化学气相渗透时间为1h～

600h，如此交替增密制得碳/碳/碳化硅复合材料保温筒坯体；

⑶机加工：将步骤⑵所得的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒坯体按产品要求加工成所需形状和尺寸的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品；

⑷纯化：将步骤⑶制备的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品放入高温纯化炉中进行纯化，纯化温度1600℃～2800℃，纯化时间1h～10h，即得碳/碳/碳化硅复合材料保温筒

3 3 1/2

成品，其密度为1.3g/㎝ ～2.5g/㎝ ，弯曲强度≥300MPa，断裂韧性≥15MPa•m 。

2.一种碳/碳/碳化硅复合材料保温筒的制备方法，其特征是它包括以下步骤：⑴碳纤维预制体制备：将碳纤维按保温筒的形状和性能要求制成所需结构和形状的碳

3 3

纤维预制体，其密度为0.2g/㎝ ～1.0g/㎝ ；

⑵增密：将步骤⑴制得的碳纤维预制体放入化学气相反应炉中，采用化学气相渗透法

3 3

对其进行热解碳和碳化硅混合增密直至制得密度为1.3g/㎝ ～2.5g/㎝ 的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒坯体；

所述的热解碳和碳化硅混合增密的工艺条件为，同时将碳源气体和三氯甲基硅烷引入化学气相反应炉中化学气相渗透热解碳和碳化硅，碳源气体流量为1L/min～100 L/min，三氯甲基硅烷用鼓泡法引入，以氢气作为载气，以氢气或者氩气作为稀释气体，反应气体中硅原子与碳原子的个数比为1：1～5，三氯甲基硅烷与氢气的流量比为1：5～20，反应气体的压力为2kPa～12kPa，盛装三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒温水浴中，水浴温度18℃～

45℃，化学气相渗透时间为1h～600h，如此混合增密制得碳/碳/碳化硅复合材料保温筒坯体；

⑶机加工：将步骤⑵所得的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒坯体按产品要求加工成所需形状和尺寸的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品；

⑷纯化：将步骤⑶制备的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品放入高温纯化炉中进行纯化，纯化温度1600℃～2800℃，纯化时间1h～10h，即得碳/碳/碳化硅复合材料保温筒

3 3 1/2

成品，其密度为1.3g/㎝ ～2.5g/㎝ ，弯曲强度≥300MPa，断裂韧性≥15MPa•m 。

3.根据权利要求1所述碳/碳/碳化硅复合材料保温筒的制备方法，其特征是在步骤⑵中，所述的热解碳和碳化硅交替增密为首先化学气相渗透碳化硅，然后再交替化学气相渗透热解碳和碳化硅，最后化学气相渗透碳化硅。

4.根据权利要求1或2或3所述碳/碳/碳化硅复合材料保温筒的制备方法，其特征是将步骤⑶后制得的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品放入化学气相反应炉中，采用化学气相沉积法制备碳化硅涂层。

5.根据权利要求4所述碳/碳/碳化硅复合材料保温筒的制备方法，其特征是所述碳化硅涂层制备的工艺条件为：以氢气作为载气，以氢气或者氩气为稀释气体，用鼓泡法将三氯甲基硅烷引入化学气相反应炉中化学气相沉积碳化硅，反应气体中三氯甲基硅烷与氢气的流量比为1：5～20，反应气体的压力为2kPa～12kPa，盛装三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒温水浴中，水浴温度18℃～45℃，化学气相沉积时间为1h～100h，即可在碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品表面制得致密的碳化硅涂层。

说明书

碳/碳/碳化硅复合材料保温筒及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高温炉用热场零件及制备方法，具体地说是一种碳/碳/碳化硅复合材料保温筒及制备方法。

背景技术

[0002] 碳/碳复合材料是目前广泛应用的先进复合材料之一，它是由碳纤维或各种碳织物增强碳基体所形成的复合材料，具有密度低，比强度高，耐磨损，耐高温、热膨胀系数小等优良性能。该材料通常先用碳纤维制成的网胎与网胎、或碳布与碳布、或网胎与碳布通过交替叠层针刺复合成碳纤维预制体，然后将预制体放入化学气相反应炉中，利用高温下碳源气体裂解产生的热解碳对预制体进行化学气相增密，使碳纤维预制体密度逐步增加而成为碳/碳复合材料。该材料现已成为航空航天、冶金、新能源等领域的重要基础材料之一，是石墨制品和耐热钢的理想替代品。

[0003] 目前，碳/碳复合材料已广泛应用于如单晶炉、多晶炉等高温领域，用来制作热场零件，如坩埚、导流筒、保温筒、发热体、紧固件等。

[0004] 文献1：“C/C复合材料制造硅晶体生长坩埚初探，炭素，2004(2): P3～P7”公开了一种试制的C/C复合材料坩埚进行了工业性试验，结果表明C/C复合材料机械强度高、耐热冲击性能和化学稳定性好，其使用寿命高于高纯石墨坩埚，然而，试验结果也发现了C/C复合材料坩埚的缺陷，氧化侵蚀（SiO2和Si）对C/C复合材料坩埚的使用寿命影响很大。

[0005] 申请人为了解决高温硅蒸汽对C/C复合材料使用性能的影响，对硅单晶生产厂家使用后的C/C复合材料坩埚进行了分析实验，并采用了材料力学试验机（美国Instron3369材料力学试验机）测试试样的力学性能，扫描电镜（SEM，JSM～6360LV）分析材料的微观结构，X射线能谱仪（EDS， EDX～GENESIS 60S型）分析试样表面元素分布，结果见图1、图2、图3、图4。从图1、图2中可以看出硅蒸汽侵蚀后试样内部生成了很多其它物质；从图3、图4中可以得知，所生成的其它物质是碳化硅（或者硅和碳化硅的混合物）；同时对其力学性能测试结果表明未经侵蚀的试样抗弯强度为105MPa，被严重侵蚀的试样抗弯强度仅为24.5MPa，与石墨的强度相近，说明硅蒸汽侵蚀是导致C/C复合材料坩埚失效的主要原因。

[0006] 为了解决高温硅蒸汽对C/C复合材料使用性能的影响，就目前的技术而言，最常用的方法就是做表面涂层，主要是硅基陶瓷涂层（如SiC或MoSi2等）。

[0007] 文献2“原位生长碳纳米管对化学气相沉积SiC涂层的影响，中国有色金属学报，2011，(2): P418～P424”介绍了一种以C/C复合材料为基体，采用化学气相沉积法在复合材料表面制备SiC涂层，结果表明：经(1100℃，3min)(室温，3min)热循环15次后，SiC涂层失重率为33.17%，热震过程中部分区域涂层脱落是涂层试样失重的主要原因。可见，由于C/C复合材料基体和SiC涂层之间热膨胀系数不匹配，制备的涂层与C/C复合材料基体的结合性较差，在急冷急热过程中容易脱落，不能长时间的保护C/C复合材料不被侵蚀。

[0008] 针对陶瓷基涂层与C/C复合材料热膨胀系数不匹配的缺陷，最好的解决方案就是通过化学气相渗透（简称CVI）法把SiC渗透到C/C复合材料内部，从而形成C/SiC或者C/C-SiC复合材料，常用的方法有化学气相渗透、先驱体转化（简称PIP）法或CVI＋PIP法。

[0009] 文献3“C/C-SiC复合材料制备方法及应用现状，炭素, 2008(2): P29～P35”介绍了C/C-SiC复合材料的制备方法，分析了各种制备方法的优缺点，尤其对常用的PIP法和新发展起来的CVI+PIP混合工艺进行了重点介绍。文献指出采用单一的CVI法很难制备出高密度的C/SiC或者C/C-SiC复合材料，而采用单一的PIP法或者CVI+PIP法虽然能制备出高密度的C/SiC或者C/C-SiC复合材料，然而在PIP过程中会残留一定量的Si，自由Si不可避免会与碳纤维发生反应，造成增强相碳纤维的损伤，导致碳纤维增韧补强作用降低，从而使材料的综合性能下降，特别是力学强度大幅降低，导致材料灾难性断裂。同时，其工艺流程复杂，需要反复浸渍多次。

发明内容

[0010] 本发明的目的是提供一种制备工艺简单、耐硅蒸汽侵蚀的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒及制备方法。

[0011] 本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种碳/碳/碳化硅复合材料保温筒，它通过对保温筒的碳纤维预制体采用化学气相渗透法对其进行热解碳和碳化硅交替增密或者热解碳和碳化硅混合增密后，再经机加工、纯化后制备而成，其密度为1.3g/㎝3 3 1/2
～2.5g/㎝ ，弯曲强度≥300MPa，断裂韧性≥15MPa•m 。

[0012] 本发明为进一步增加碳/碳/碳化硅复合材料保温筒的抗硅蒸汽腐蚀能力，在碳/碳/碳化硅复合材料保温筒表面设有碳化硅涂层。

[0013] 一种碳/碳/碳化硅复合材料保温筒的制备方法，它包括以下步骤：

[0014] ⑴碳纤维预制体制备：将碳纤维按保温筒的形状和性能要求制成所需结构和形状3 3
的碳纤维预制体，其密度为0.2g/㎝ ～1.0g/㎝ ；

[0015] ⑵增密：将步骤⑴制得的碳纤维预制体放入化学气相反应炉中，采用化学气相渗透法对其进行热解碳和碳化硅交替增密或者热解碳和碳化硅混合增密直至制得密度为3 3
1.3g/㎝ ～2.5g/㎝ 的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒坯体；

[0016] ⑶机加工：将步骤⑵所得的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒坯体按产品要求加工成所需形状和尺寸的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品；

[0017] ⑷纯化：将步骤⑶制备的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品放入高温纯化炉中进行纯化，纯化温度1600℃～2800℃，纯化时间1h～10h，即得碳/碳/碳化硅复合材料保温筒成品。

[0018] 本发明在步骤⑵中，所述的热解碳和碳化硅交替增密的工艺条件为，将碳源气体引入化学气相反应炉中化学气相渗透热解碳，化学气相渗透时间为1h～600h，碳源气体流量为1L/min～100 L/min，反应气体的压力为2kPa～12kPa；然后关闭碳源气体，以氢气作为载气，以氢气或者氩气作为稀释气体，用鼓泡法将三氯甲基硅烷引入化学气相反应炉中化学气相渗透碳化硅，反应气体中三氯甲基硅烷与氢气的流量比为1：5～20，反应气体的压力为2kPa～12kPa，盛装三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒温水浴中，水浴温度18℃～45℃，化学气相渗透时间为1h～600h，如此交替增密制得碳/碳/碳化硅复合材料保温筒坯体。

[0019] 本发明为进一步提高材料的抗腐蚀能力，在步骤⑵中，所述的热解碳和碳化硅交替增密为首先化学气相渗透碳化硅，然后再交替化学气相渗透热解碳和碳化硅，最后化学气相渗透碳化硅。

[0020] 本发明在步骤⑵中，所述的热解碳和碳化硅混合增密的工艺条件为，同时将碳源气体和三氯甲基硅烷引入化学气相反应炉中化学气相渗透热解碳和碳化硅，碳源气体流量为1L/min～100 L/min，三氯甲基硅烷用鼓泡法引入，以氢气作为载气，以氢气或者氩气作为稀释气体，反应气体中硅原子与碳原子的个数比为1：1～5，三氯甲基硅烷与氢气的流量比为1：5～20，反应气体的压力为2kPa～12kPa，盛装三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒温水浴中，水浴温度18℃～45℃，化学气相渗透时间为1h～600h，如此混合增密制得碳/碳/碳化硅复合材料保温筒坯体。

[0021] 本发明为进一步增加碳/碳/碳化硅复合材料保温筒的抗硅蒸汽腐蚀能力，将步骤⑶后制得的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品放入化学气相反应炉中，采用化学气相沉积法制备碳化硅涂层。

[0022] 本发明所述碳化硅涂层制备的工艺条件为：以氢气作为载气，以氢气或者氩气为稀释气体，用鼓泡法将三氯甲基硅烷引入化学气相反应炉中化学气相沉积碳化硅，反应气体中三氯甲基硅烷与氢气的流量比为1：5～20，反应气体的压力为2kPa～12kPa，盛装三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒温水浴中，水浴温度18℃～45℃，化学气相沉积时间为1h～100h，即可在碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品表面制得致密的碳化硅涂层。

[0023] 由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，其工艺简单，实施方便，可以有效抑制硅蒸汽对碳/碳/碳化硅复合材料芯部碳纤维的侵蚀，制备的碳/碳/碳化1/2
硅复合材料弯曲强度大于300MPa，是碳/碳复合材料的2～5倍，断裂韧性≥15MPa•m ，抗硅蒸汽腐蚀能力比碳/碳复合材料相比提高了5～10倍，大幅度提高了保温筒的使用寿命，同时，其更高的强度也有利于提高热场的安全性。

附图说明

[0024] 图1是碳/碳复合材料试样经硅蒸汽侵蚀前的表面微观形貌图；

[0025] 图2是碳/碳复合材料试样经硅蒸汽侵蚀后的表面微观形貌图；

[0026] 图3是碳/碳复合材料试样经硅蒸汽侵蚀前的表面元素分析图；

[0027] 图4是碳/碳复合材料试样经硅蒸汽侵蚀后的表面元素分析图；

[0028] 图5是本发明实施例1所述碳/碳/碳化硅复合材料的截面背散射图片；图中3
碳/碳/碳化硅复合材料的密度为1.65g/㎝ ，其中白色部分为碳化硅，中心黑色为碳纤维，碳纤维外表面黑色部分为热解碳，采用热解碳和碳化硅交替增密，热解碳增密时的温度为1100℃，化学气相渗透时间为80h；碳化硅增密时的温度为1100℃，化学气相渗透时间为
50h；

[0029] 图6是热解碳和碳化硅交替增密与热解碳和碳化硅混合增密时，碳/碳/碳化硅复合材料取样测试的三点抗弯强度－位移曲线图；图中曲线A为热解碳和碳化硅交替增密时，试样的三点抗弯强度－位移曲线图；曲线B为热解碳和碳化硅混合增密时，试样的三点抗弯强度－位移曲线图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

[0031] 从图1、图2中可以看出，碳/碳复合材料试样经硅蒸汽侵蚀后，试样内部生成了很多其它物质；从图3、图4中可以得知，所生成的其它物质是碳化硅（或者硅和碳化硅的混合物）；同时，试样力学性能测试结果表明，未经侵蚀的试样抗弯强度为105MPa，被严重侵蚀的试样抗弯强度仅为24.5MPa，与石墨的强度相近，说明硅蒸汽侵蚀是导致碳/碳复合材料失效的主要原因。

[0032] 实施例1：

[0033] 一种碳/碳/碳化硅复合材料保温筒，它通过对保温筒的碳纤维预制体采用化学气相渗透法对其进行热解碳和碳化硅交替增密或者热解碳和碳化硅混合增密（本实施例为3 3
交替增密）后，再经机加工、纯化后制备而成，其密度为1.3g/㎝ ～2.5g/㎝ （本实施例
3 1/2
为1.65g/㎝ ），弯曲强度≥300MPa，断裂韧性≥15MPa•m 。

[0034] 一种碳/碳/碳化硅复合材料保温筒的制备方法，它包括以下步骤：

[0035] ⑴碳纤维预制体制备：将碳纤维按保温筒的形状和性能要求制成所需结构和形状3 3 3
的碳纤维预制体，其密度为0.2g/㎝ ～1.0g/㎝ （本实施例为0.50g/㎝ ）；

[0036] 制备碳纤维预制体时，可将碳纤维制成的网胎与网胎、或碳布与碳布、或网胎与碳布通过交替叠层针刺复合成碳纤维预制体，还可将碳纤维采用编织法编织成碳纤维预制体；本实施例采用网胎与碳布通过交替叠层针刺复合成碳纤维预制体。

[0037] ⑵增密：将步骤⑴制得的碳纤维预制体放入化学气相反应炉中，采用化学气相渗透法对其进行热解碳和碳化硅交替增密或者热解碳和碳化硅混合增密（本实施例为交替增3 3 3
密）直至制得密度为1.3g/㎝ ～2.5g/㎝ （本实施例为1.65g/㎝ ）的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒坯体；

[0038] 在步骤⑵中，所述的热解碳和碳化硅交替增密的工艺条件为，将化学气相反应炉升温至900℃～1400℃（本实施例为1100℃），保温1h～6h（本实施例为1h）。将碳源气体（本实施例为甲烷）引入化学气相反应炉中化学气相渗透热解碳，化学气相渗透时间为1h～600h（本实施例为80h），碳源气体流量为1L/min～100 L/min（本实施例为28L/min），反应气体的压力为2kPa～12kPa（本实施例为5kPa）；然后关闭碳源气体，以氢气作为载气，以氢气或者氩气（本实施例为氢气）作为稀释气体，用鼓泡法将三氯甲基硅烷引入化学气相反应炉中化学气相渗透碳化硅，反应气体中三氯甲基硅烷与氢气的流量比为1：5～20（本实施例为1:5），反应气体的压力为2kPa～12kPa（本实施例为3.5kPa）；盛装三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒温水浴中，水浴温度18℃～45℃（本实施例为35℃），化学气相渗透时间
3 3
为1h～600h（本实施例为50h），如此交替增密制得密度为1.3g/㎝ ～2.5g/㎝ （本实
3
施例为1.65g/㎝ ）的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒坯体；

[0039] 本实施例为首先化学气相渗透热解碳，然后化学气相渗透碳化硅，仅交替一次，化学气相渗透总时间为130小时。

[0040] ⑶机加工：将步骤⑵所得的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒坯体按要求加工成所需要形状和尺寸的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品；

[0041] ⑷高温纯化：将步骤⑶制备的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品放入高温纯化炉中进行纯化，纯化温度1600℃～2800℃（本实施例为2000℃），纯化时间1h～10h（本实施例为2h），即得碳/碳/碳化硅复合材料保温筒成品。

[0042] 由图5可知，图中白色部分为碳化硅，中心黑色为碳纤维，碳纤维外表面黑色部分为热解碳，这说明先渗透的热解碳围绕碳纤维生长，后渗透的碳化硅把热解碳和碳纤维包覆起来，可以有效阻止硅蒸汽对碳纤维和热解碳的侵蚀。

[0043] 由图6可知，本发明制备的碳/碳/碳化硅复合材料试样测试的抗弯强度为1/2
325MPa（见图中曲线A），是同密度碳/碳复合材料的3～4倍，断裂韧性≥15MPa•m ，且断裂曲线表现出来明显的假塑性，说明碳/碳/碳化硅复合材料保温筒的使用安全性更高；由于碳/碳/碳化硅复合材料中含有大量的碳化硅基体，碳/碳/碳化硅复合材料的抗硅蒸汽腐蚀能力比碳/碳复合材料相比提高了5～10倍。

[0044] 本发明的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒由于采用热解碳和碳化硅交替增密的方法制备，充分利用热解碳与碳纤维之间的结合性能好以及碳化硅强度高、抗腐蚀能力强的特点，使碳化硅充分的渗透进入碳纤维基体，保证碳化硅与碳纤维基体的高结合强度，强度高于碳/碳复合材料，且可以有效抑制硅蒸汽对碳/碳/碳化硅复合材料芯部碳纤维的侵蚀，长时间的保护碳/碳/碳化硅复合材料保温筒不被硅蒸汽侵蚀，大幅度提高了保温筒的使用寿命，同时，其更高的强度也有利于提高热场的安全性。

[0045] 实施例2：

[0046] 本发明在步骤⑵中，首先化学气相渗透热解碳，渗透时间20小时，然后化学气相渗透碳化硅，渗透时间20小时，交替5次，最后化学气相渗透碳化硅，化学气相渗透总时间3
为200小时，制得密度为1.92g/㎝ 的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒坯体。

[0047] 余同实施例1。

[0048] 本发明采用热解碳和碳化硅交替增密的方法，可以在较短的时间内制得密度较高的碳/碳/碳化硅复合材料。同时，由于在材料密度较低的时候就进行化学气相渗透碳化硅，使碳化硅能充分的渗透进入碳纤维基体，保证碳化硅与碳纤维基体的高结合强度，可以有效抑制硅蒸汽对芯部碳纤维的侵蚀，长时间的保护碳/碳/碳化硅复合材料保温筒不被硅蒸汽侵蚀，大幅度提高了保温筒的使用寿命。而且，热解碳和碳化硅的多次交替渗透有利于缓解两种基体热性能不匹配的问题，提高碳/碳/碳化硅复合材料保温筒的整体性能。

[0049] 实施例3：

[0050] 本发明为进一步提高碳/碳/碳化硅复合材料的抗腐蚀能力，在步骤⑵中，所述的热解碳和碳化硅交替增密为首先化学气相渗透碳化硅，先在碳纤维表面包裹一层碳化硅，然后再交替化学气相渗透热解碳和碳化硅，最后化学气相渗透碳化硅，如此制备的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒的抗腐蚀能力最好。

[0051] 余同实施例2。

[0052] 实施例4：

[0053] 本发明为进一步增加碳/碳/碳化硅复合材料保温筒的抗硅蒸汽腐蚀能力，在碳/碳/碳化硅复合材料保温筒表面设有碳化硅涂层。即将步骤⑶后制得的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品放入化学气相反应炉中，采用化学气相沉积法制备碳化硅涂层。

[0054] 本发明所述碳化硅涂层制备的工艺条件为：以氢气作为载气，以氢气或者氩气（本实施例为氢气）为稀释气体，用鼓泡法将三氯甲基硅烷引入沉积炉中，反应气体中三氯甲基硅烷与氢气的流量比为1：5～20（本实施例为1:10），反应气体的压力为2kPa～12kPa（本实施例为5kPa）；盛装三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒温水浴中，水浴温度18℃～45℃（本实施例为35℃），沉积时间为1h～100h（本实施例为10h），即可在碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品表面制得致密的碳化硅涂层。

[0055] 余同实施例1。

[0056] 由于制备的碳/碳/碳化硅复合材料中含有大量的碳化硅基体，因此，在本发明制备的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒表面制备的致密碳化硅涂层与基体的热匹配性好，结合强度高于直接在碳/碳复合材料表面制备的碳化硅涂层。

[0057] 实施例5：

[0058] 一种碳/碳/碳化硅复合材料保温筒，它通过对碳纤维预制体采用化学气相渗透法对其进行热解碳和碳化硅交替增密或者热解碳和碳化硅混合增密（本实施例为混合增3 3
密）后，再经机加工、纯化后制备而成，其密度为1.3g/㎝ ～2.5g/㎝ （本实施例为1.7g/
3 1/2
㎝ ），弯曲强度≥300MPa，断裂韧性≥15MPa•m 。

[0059] 在步骤⑵中，所述的热解碳和碳化硅混合增密的工艺条件为，同时将碳源气体和三氯甲基硅烷引入化学气相反应炉中化学气相渗透热解碳和碳化硅，碳源气体流量为1L/min～100 L/min（本实施例为18L/min），三氯甲基硅烷用鼓泡法引入，以氢气作为载气，以氢气或者氩气（本实施例为氢气）作为稀释气体，反应气体中硅原子与碳原子的个数比为1：1～5（本实施例为1:3），三氯甲基硅烷与氢气的流量比为1：5～20（本实施例为1:5），反应气体的压力为2kPa～12kPa（本实施例为5kPa）；盛装三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒温水浴中，水浴温度18℃～45℃（本实施例为35℃），化学气相渗透时间为1h～600h（本实
3 3 3
施例为100h），如此混合增密制得密度为1.3g/㎝ ～2.5g/㎝ （本实施例为1.7g/㎝ ）碳/碳/碳化硅复合材料保温筒坯体。

[0060] 由图6可知，本发明制备的碳/碳/碳化硅复合材料试样测试的抗弯强度为1/2
355MPa（见图中曲线B），是同密度碳/碳复合材料的3～4倍，断裂韧性≥15MPa•m ，且断裂曲线表现出来明显的假塑性，说明碳/碳/碳化硅复合材料保温筒的使用安全性更高；由于碳/碳/碳化硅复合材料中含有大量的碳化硅基体，碳/碳/碳化硅复合材料的抗硅蒸汽腐蚀能力比碳/碳复合材料相比提高了5～10倍。

[0061] 余同实施例1。

[0062] 实施例6：

[0063] 本发明为进一步增加碳/碳/碳化硅复合材料保温筒的抗硅蒸汽腐蚀能力，在碳/碳/碳化硅复合材料保温筒表面设有碳化硅涂层。即将步骤⑶后制得的碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品放入化学气相反应炉中，采用化学气相沉积法制备碳化硅涂层。

[0064] 本发明所述碳化硅涂层制备的工艺条件为：以氢气作为载气，以氢气或者氩气（本实施例为氢气）为稀释气体，用鼓泡法将三氯甲基硅烷引入沉积炉中，反应气体中三氯甲基硅烷与氢气的流量比为1：5～20（本实施例为1:10），反应气体的压力为2kPa～12kPa（本实施例为5kPa）；盛装三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒温水浴中，水浴温度18℃～45℃（本实施例为35℃），沉积时间为1h～100h（本实施例为10h），即可在碳/碳/碳化硅复合材料保温筒制品表面制得致密的碳化硅涂层。

[0065] 余同实施例5。