[發明專利]連續碳纖維增強的C-SiC雙元基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210115638.0
• 申請日: 2012-04-19
• 公開（公告）號: CN102976756A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 沙建軍;胥明;吳國強
• 申請（專利權）人: 安徽眾星新材料有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/52;C04B35/80;C04B35/628
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 李志東

技術領域

本發明涉及陶瓷基復合材料領域。具體地，本發明涉及連續碳纖維增強的C-SiC雙元基復合材料及其制備方法。

背景技術

碳纖維增強的C-SiC雙元基復合材料(在本文中有時也稱為C/C-SiC復合材料)，除了具備耐高溫、高比強度、高比模量、低熱膨脹系數以及優異的高溫熱力學穩定性等一系列優良性能外，還具有基體致密度高、耐熱震抗燒蝕、熱化學穩定性好和對苛刻環境適應性強等特性，是一種輕質耐高溫的新型復合材料，在航空航天、先進能源系統、高溫熱交換系統及高性能制動系統等高溫技術領域擁有巨大的應用潛力。

然而，目前的碳纖維增強的C-SiC雙元基復合材料及其制備方法仍有待改進。

發明內容

本發明是基于申請人的下列發現而完成的：

目前的碳纖維增強的C-SiC雙元基復合材料制備方法，主要包括化學氣相浸漬法(Chemical?Vapor?Infiltration：CVI)、化學氣相浸漬法與聚合物浸漬裂解法(Polymer?Infiltration?Pyrolysis：PIP)混合工藝，以及化學氣相浸漬法與液相硅熔滲(Liquid?Silicon?Infiltration：LSI)法混合工藝。其中，采用CVI工藝制備復合材料，制備周期長，且基體難以致密化。而另外兩種工藝也采用了CVI方法，因此，同樣具有工藝復雜、制備周期長和基體難以致密化的問題。

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種制備周期短、工藝過程簡單、產品致密度高的制備碳纖維增強的C-SiC雙元基復合材料的方法。

根據本發明的一個方面，本發明提供了一種制備連續碳纖維增強的C-SiC雙元基復合材料的方法。根據本發明的實施例，該方法包括以下步驟：

(1)將選自BN粉和SiC粉的至少一種進行粉碎，以便得到粒度為40微米以下的細粉；

(2)將所得到的細粉與無水酒精進行混合，并在超聲下進行分散，再加入硼酚醛樹脂，并加熱至30-50攝氏度，以便使得硼酚醛樹脂溶解，獲得漿料；

(3)將二維碳纖維布浸入得到的漿料中進行浸漬，并將經過浸漬的二維碳纖維布依次進行干燥和第一固化處理，以便得到經過包覆的二維碳纖維布，其中經過包覆的二維碳纖維布包覆有選自BN粒子和SiC粒子的至少一種；

(4)利用飽和硼樹脂膠液，將經過包覆的二維碳纖維布進行連續疊層，并對經過疊層的二維碳纖維布依次進行真空處理和第二固化處理，以便得到碳纖維增強的樹脂基復合材料素坯體，其中，飽和硼樹脂膠液是通過將硼樹脂溶解于無水酒精中而得到的；

(5)將所得到的碳纖維增強的樹脂基復合材料素坯體在1000攝氏度以上的溫度下進行裂解，以便得到多孔碳纖維增強的炭基復合材料預制體，其中，裂解是在真空或氮氣環境下進行的；以及

(6)將上述得到的多孔碳纖維增強的炭基復合材料預制體埋在硅粉中，并在惰性氣體或真空環境中，于1500-1650攝氏度的溫度下保持預定時間，以便得到連續碳纖維增強的C-SiC雙元基復合材料。

發明人驚奇地發現，利用本發明的制備連續碳纖維增強的C-SiC雙元基復合材料的方法，能夠高效地制備連續碳纖維增強的C-SiC雙元基復合材料，并且制備工藝簡單、周期短、成本低、殘碳率高，獲得的產品致密度高、碳纖維損傷小、抗氧化性能好、強韌性高、強度和應變性能好、使用壽命長。此外，根據本發明的實施例，本發明的制備連續碳纖維增強的C-SiC雙元基復合材料的方法，能夠用于制備復雜形狀的復合材料構件，以及改進復合材料構件的基體性能，并且由于工藝簡單、成本低，而適于批量化生產。

根據本發明的實施例，在步驟(1)中，將選自BN粉和SIC粉的至少一種進行粉碎，可以進一步包括：將選自BN粉和SiC粉的至少一種與無水酒精混合后，于高能球磨機中進行分散和細化，以便獲得初級粉末，其中BN粉為亞微米級，SiC粉為納米級；將初級粉末于干燥箱中進行干燥處理，以便獲得干燥的粉末；以及將干燥的粉末進行研磨并使其分散，再利用400目的篩子進行過篩處理，以便獲得粒度為40微米以下的細粉。

根據本發明的實施例，在步驟(1)中，將細粉與無水酒精進行混合的比例不受特別限制。根據本發明的一些具體示例，可以將所得到的細粉與無水酒精按照重量比0.02～0.1∶1，優選0.1∶1進行混合。