[發明專利]溶膠凝膠法原位合成SiC納米線改性碳/碳復合材料預制體的方法

有效

• 申請號: 201410252296.6
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104030716A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 李賀軍;林紅嬌;瞿懷遠;霍俊豪;郭領軍;史小紅
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明屬碳/碳復合材料預制體的制備及溶膠凝膠法合成納米線應用的技術領域，涉及一種溶膠凝膠法原位合成SiC納米線改性碳/碳復合材料預制體的方法。

背景技術

C/C復合材料作為一種先進復合材料，兼具結構材料和功能材料的雙重特性。它具有高比強度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、低密度、導電、傳熱和膨脹系數小等一系列優異性能，自其發明以來，一直受到各國軍方的高度重視，將其首先應用于軍事及航空航天領域。目前，液相浸漬法是制備C/C復合材料的只要方法之一。其原理是把預制體浸漬在液相浸漬劑(如呋喃，酚醛樹脂或瀝青)中，經過“浸漬，碳化，石墨化”的多次循環來使產品達到預定的致密化度。該方法存在一明顯缺點，即預制體需要在前驅體溶液中反復浸漬并且在惰性氛圍中高壓碳化以提高前驅體的殘碳收率，而多次浸漬很容易造成碳纖維的損傷，特別是層間力學性能。決定C/C復合材料力學性能的因素主要有纖維預制體結構、碳基體組織結構以及兩者之間的界面。為了改善疊層碳氈的層間力學性能，通常采用基體增強、針刺技術或三維編織技術來獲得理想的預制體結構。

溶膠-凝膠技術就是用含高化學活性組分的化合物作前驅體，在液相下將這些原料均勻混合，并進行水解、縮合化學反應，在溶液中形成穩定的透明溶膠體系，溶膠陳化過程中，膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網絡結構的凝膠，凝膠網絡間充滿了失去流動性的溶劑形成凝膠。凝膠經過干燥、燒結固化制備出分子乃至納米亞結構的材料。通過溶膠凝膠方法可以在碳纖維預制體內獲得納米增強材料，進而提高復合材料力學性能。

文獻1“Photoluminescenceofhexagonal-shapedSiC?nanowires?prepared?by?sol-gel?process,Ke-ZhiLi,JianWei,He-JunLi,Zheng-JiaLi,Dang-SheHou,Yu-LeiZhang,Materials?Science?and?Engineering?A,2007,233-237.”提出采用正硅酸乙酯與蔗糖混合形成凝膠，經過700℃碳化處理，再直接經過Ar氣保護1500℃反應得到β-SiC納米線，所生成的納米線不能原位存在于C/C基體中，很難在C/C復合材料內部起到增強增韌的作用。

文獻2“Insitu?formation?ofβ-silicon?carbide?nanorods?from?the?hybrid?of?an?organic?moiety?and?methyltriethoxysilane,ShivaniB.Mishra,AjayK.Mishra,BhekieB.Mamb,MichaelJ.Witcomb,MaterialsLetters,2011,65:2245-2247.”提出一種以1,3-丙二胺四乙酸、甲基正硅酸乙酯為原料合成了β-SiC納米棒，但其主要應用在合成制備納米線方面。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種溶膠凝膠法原位合成SiC納米線改性碳/碳復合材料預制體的方法，

技術方案

一種溶膠凝膠法原位合成SiC納米線改性碳/碳復合材料預制體的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將正硅酸乙酯和無水乙醇攪拌均勻，再加入去離子水攪拌均勻，再加鹽酸，后置于油浴攪拌裝置中70℃攪拌2h，最后于60℃烘箱中陳置12-36h，制成氧化硅溶膠；所述正硅酸乙酯、無水乙醇、去離子水的摩爾比為1:2:2；所述鹽酸加入后溶液的pH值為2-3；

步驟2：將碳氈浸泡浸漬在氧化硅溶膠中，待氧化硅溶膠在碳氈中形成干凝膠時取出烘干，制成碳氈-氧化硅凝膠；

步驟3：將碳氈-氧化硅凝膠裝入模具中，并置于CVD沉積爐中；對爐體抽真空，反復3次進行N₂氣的充放使得爐內空氣洗凈；然后以5-6℃/min的速度升溫，升溫過程中保持N₂流量為10L/h；當達到950-1100℃時，打開天然氣進氣閥，調節天然氣流量為80L/h，N₂流量為15L/h，開始沉積，沉積時間為1-3h；

步驟4：沉積完成，關閉天氣閥門及流量計，保持N₂流量為15L/h，開始降溫，降溫速度約為2-3℃/h；

步驟5：待爐體溫度降到室溫，關閉N₂氣瓶閥門和流量計，獲得溶膠凝膠法原位合成SiC納米線改性碳/碳復合材料預制體。

所述步驟1中將正硅酸乙酯和無水乙醇攪拌時間為30-60min。