[發(fā)明專利]SiC納米線改性陶瓷基復合材料界面制備陶瓷基復合材料的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510578506.5
• 申請日: 2015-09-11
• 公開（公告）號: CN105237021A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發(fā)明（設計）人: 劉永勝;田卓;張程煜;萬佳佳;董寧;成來飛
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/565
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發(fā)明屬于陶瓷基復合材料的制備方法，具體涉及一種低壓化學氣相滲透(LPCVI)催化生長SiC納米線的工藝，以及利用該工藝在碳纖維預制體上原位生長SiC納米線改性纖維與基體間的界面，是一種SiC納米線改性陶瓷基復合材料界面制備陶瓷基復合材料的方法。

背景技術

連續(xù)纖維增韌陶瓷基復合材料具有高比強度，高比模量，低密度，優(yōu)異的斷裂韌性以及優(yōu)異的高溫力學性能，使其成為全世界研究的熱點，并逐漸應用到航空航天領域，成為重要的熱結構部件的理想材料。在陶瓷基復合材料中，纖維和基體間的界面起著在碳纖維和碳化硅基體間傳遞載荷和裂紋偏轉(zhuǎn)的作用。作為一個合適的界面，必須有合適的界面結合力。過強的界面結合力會使材料發(fā)生災難性的脆性破壞，而過弱的界面結合又會影響載荷的有效傳遞，影響材料的力學性能。所以，合適的界面對陶瓷基復合材料的力學性能及應用有非常大的價值。SiC納米線，作為一維SiC納米材料，具有高強度、高模量、耐熱、耐磨等非常優(yōu)異性能，目前已成功應用于增強和改性陶瓷基、金屬基和樹脂基復合材料等諸多材料基體并且有非常優(yōu)異的強韌效果。但是目前用SiC納米線改性陶瓷基復合材料界面的研究領域還是空白。考慮到SiC納米線優(yōu)異的力學性能，以及SiC納米線在增強基體時表現(xiàn)出的優(yōu)異強韌效果，因此研究納米線改性陶瓷基復合材料界面，進而指導納米線改性陶瓷基復合材料界面，具有重要意義。文獻一“YangW,ArakiH,KohyamaA,etal.TheeffectofSiCnanowiresontheflexuralpropertiesofCVI-SiC/SiCcomposites[J].JouralofNuclearMaterials,367-370(2007):708-712.”和文獻二“YangW,ArakiH,TangC,etal.SingleCrystalSiCnanowireswithathincarboncoatingforstrongerandtougherceramiccomposites[J].AdvancedMaterials,2005,17(12):1519-1523.”在這兩篇文獻中都利用了SiC納米線強韌SiC/SiC復合材料基體，得到納米線復合材料的力學性能有非常有效的提高。當在復合材料中添加6％體積分數(shù)的納米線時。材料的比例極限強度和彎曲強度分別提高了30％和10％，斷裂韌性增強了近一倍。

文獻三“Hwan-SupLee,Jun-GyuKim,DooJinchoi.TheeffectofSiCwhiskerandSiCfilmcoatingdepositedbychemicalvaporinfiltration(CVI)onaporouscordieritesubstrate[J].Jouralofmaterialscience,2008,43(16):5574-5578.”制備了SiC納米線改性陶瓷基體，測試結果表明，在基體中添加了納米線后，材料的抗壓強度提高了250％，表明納米線作為增強相，有非常優(yōu)異的強韌效果。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術問題

為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種SiC納米線改性陶瓷基復合材料界面制備陶瓷基復合材料的方法，以低壓CVI工藝原位催化生長SiC納米線，并用納米線改性陶瓷基復合材料界面。

技術方案

一種SiC納米線改性陶瓷基復合材料界面制備陶瓷基復合材料的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、采用無水乙醇超聲清洗多孔纖維預制體后，放入烘箱中烘干；

步驟2：真空浸漬多孔纖維預制體：將多孔纖維預制體和催化劑溶液放入浸漬罐中，使得催化劑溶液完全淹沒纖維預制體，抽真空3～5min至真空度為-0.1MPa，進行真空浸漬；浸漬后，取出浸漬后的纖維預制體并烘干，得到真空浸漬后的多孔纖維預制體；

步驟3、原位沉積SiC納米線：將浸漬后的多孔纖維預制體放在立式化學氣相沉積CVD爐中，以三氯甲基硅烷MTS為硅源；氬氣Ar作為稀釋氣體，稀釋比為30～90；氫氣作為載氣，進行原位沉積SiC納米線；

步驟4、沉積SiC基體：將含SiC納米線的纖維預制體放入立式CVD爐，以三氯甲基硅烷MTS為硅源；氬氣Ar作為稀釋氣體，稀釋比為9～11，采用CVI工藝制備SiC基體，得到致密SiC納米線改性的陶瓷基復合材料。

所述多孔纖維預制體是碳化硅纖維預制體或氮化硅纖維預制體。

所述步驟1中烘箱干燥溫度是70～200℃。

所述催化劑為Fe、Co、Ni的氯化物或硝酸鹽的任意一種或多種組合。