[發明專利]一種立體織物增強氮化硅-碳化硅陶瓷復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310309106.5
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN103724033A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 陳照峰;余盛杰
• 申請（專利權）人: 太倉派歐技術咨詢服務有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/584;C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種陶瓷基復合材料及其制備方法，特別是涉及一種立體織物增強氮化硅-碳化硅陶瓷復合材料及其制備方法。

背景技術

氮化硅陶瓷熱膨脹系數(CTE)為2.5～3.0×10^-6/K，導熱系數18.4w/m·K，熱膨脹低，熱導率高，從而使其抗熱震性能非常優良。氮化硅陶瓷具有高強度、高硬度、耐磨蝕、抗氧化和良好的抗熱沖擊及機械沖擊性能，曾被材料科學界認為是結構陶瓷領域中綜合性能優良、最有希望替代鎳基合金在高科技、高溫領域中獲得廣泛應用的一種新型材料。但其在1200℃發生蠕變，脆延轉變溫度低，難以單獨在高溫狀態使用。

碳化硅陶瓷CTE為4～5×10^-6/K，1600℃以上仍有高的強度，是目前公認的高溫性能最優良的陶瓷之一，被廣泛用作防彈陶瓷板、釹鐵硼磁性功能材料燒結棚板、陶瓷基復合材料的基體材料等。

申請號為20111000361.9的中國專利公開了一種氮化物陶瓷纖維增強的無機非金屬復合材料及其制備方法，該氮化物陶瓷纖維增強無機非金屬復合材料基體為氮化硅、碳化硅、氮化硼、碳化硼等其中一種或幾種的混合物陶瓷，增強相為氮化物陶瓷纖維。首先預處理增強材料，將預處理過的增強材料編織成立體織物，浸入到基體材料的先驅體或溶膠中。加熱固化后，高溫裂解轉變成陶瓷。所得到復合材料抗氧化性能好，強度高，耐高溫，韌性好。但是先驅體轉化法受先驅體轉化率限制，為了達到較高的致密度，必須反復多次浸漬裂解，導致制備周期長，工藝成本高，并且先驅體在交聯固化和裂解過程中，由于溶劑和低分子組分的揮發，導致基體收縮率大，微結構不致密，伴生裂紋出現。

申請號為201110271349.5的中國專利公開了一種C/SiC復合材料及其制備方法。采用化學氣相滲透法依次在碳纖維預制體表面沉積熱解碳界面層和碳化硅基體得到C/SiC復合材料。該材料的彎曲強度較高，在室溫到1200℃的溫度區間內保持了較低的線熱膨脹系數。但由于碳纖維CTE與碳化硅CTE差別大，因而在高溫熱沖擊過程中在界面處產生大的熱應力峰值，達到碳化硅斷裂強度后，復合材料就發生熱沖擊損傷。另外界面產生的大的熱應力峰值使界面結合強度增大，違背了陶瓷基復合材料弱結合界面的設計原則，因而可能發生脆性斷裂。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種立體織物增強氮化硅-碳化硅陶瓷復合材料，其特征在于是以碳化硅和氮化硅的混合陶瓷作為基體，以碳纖維或碳化硅纖維作為增強相，增強纖維體積分數為30～45％。

為解決上述技術問題，還提供一種立體織物增強氮化硅-碳化硅陶瓷復合材料的制備方法，其特征在于，包括下述順序的步驟制備：

1.把硅粉與碳化硅加水和粘合劑制成泥漿；

2.碳纖維或碳化硅纖維束進行預處理，在真空或是惰性氣體中，放入高溫爐中升溫600～800℃，保溫40～80分鐘，取出后冷卻降溫至室溫后備用；

3.預處理過的碳纖維或是碳化硅纖維束放入真空浸漬灌中，抽真空后將碳纖維或是碳化硅纖維束浸入基體材料的泥漿中，浸漬5～30分鐘，在浸漬的過程中，基體材料緩慢地深入到碳纖維或是碳化硅纖維束中；

4.將浸漬過的碳纖維或是碳化硅纖維束編織成立體織物，在110～150℃烘箱中烘干后；

5.然后進行氮化處理，氮化工藝為1100～1300℃初步氮化，1350-1450℃二次氮化獲得，與純氮化硅陶瓷粉體燒結相比具有燒結溫度低的優點；

6.對氮化后的材料進行碳的化學氣相滲透(CVI)，滲透10～30小時，沉積碳為0.2～1μm；

7.最后進行碳化硅的化學氣相滲透，對復合材料進行增密，達到需要的致密度后工藝過程結束。

本發明優點在于：1.以氮化硅和碳化硅復相陶瓷為基體材料，以保證復合材料高溫斷裂應變大，不發生脆性斷裂；2.本發明的復合材料具熱膨脹系數低，抗熱震性能良好、強度和致密度高等優點；3.制備效率高，工藝簡單。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定。

實施例1

1.將硅粉與碳化硅粉加水和粘合劑制成泥漿；

2.碳纖維束預處理：在真空或是惰性氣體中，放入高溫爐中升溫600℃，并保溫60分鐘，取出后冷卻降溫至室溫以備用；