[發明專利]一種碳納米管多維編織預制體陶瓷基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610020578.2
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105693263B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 梅輝;韓道洋;肖珊珊;夏俊超;成來飛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/565;C04B35/622
• 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

本發明屬于陶瓷基復合材料的制備方法，具體涉及一種碳納米管多維編織預制體陶瓷基復合材料的制備方法，特別是涉及一種預先將碳納米管(CNTs)纖維、薄膜等編織成型，再利用化學氣相沉積(CVI)工藝沉積一層熱解碳(PyC)界面層，最后利用CVI技術滲透陶瓷基體直至一定密度陶瓷基復合材料的方法。

背景技術

先進陶瓷材料如SiC、Si₃N₄、SiCN等陶瓷具有耐高溫、抗氧化、耐磨損、耐腐蝕、低密度等優點，因此常常和碳纖維、碳化硅纖維等復合而廣泛應用于航空航天、國防裝備等高技術領域。

目前制備SiC、Si₃N₄、SiCN陶瓷的CVI工藝已經成熟，CVI工藝通常采用較低的溫度(＜1000℃)和壓力，這樣避免了高溫損傷引入陶瓷相中的纖維，但缺點是致密化速度低，周期長。

CNTs管壁由一個碳原子通過sp²雜化與周圍三個碳原子完全鍵合構成六邊形平面，由于sp²雜化形成的C-C共價鍵是自然界最強的鍵價之一，因此其賦予了CNTs極強的強度、韌性及彈性模量，使碳納米管具有優異的力學性能，被認為是最理想的納米晶須增韌材料，是纖維類強化相的終極形式。

將CNTs作為增強、增韌體與陶瓷基體復合，充分發揮CNTs優異的力學性能，有望獲得又一高性能陶瓷基復合材料，具有十分重要的意義。

中國專利CN 201010540199.9A公開了一種原位生長有CNTs的SiC纖維立體織物，該SiC纖維立體織物主要由SiC纖維編織而成，原位生長的CNTs均勻分布在SiC纖維表面，CNTs相互纏繞成網狀結構。中國專利CN 1785658A公開了一種高體積分數碳納米管增強聚合物基復合材料的制備方法，該方法是按設定的鋪層方式，疊加CNTs預制體，得到增強相預成型坯。而后，按液相模塑工藝成型，即得到高體積分數CNTs增強聚合物基復合材料。CNTs預制體是將CNTs與含有粘合劑的造孔劑溶液混合、攪拌、研磨，然后將粉料放入模具中，保溫保壓后，自然冷卻至室溫卸壓后所制得。中國專利CN 101255055A公開了一種碳納米管硼化鋯-碳化硅基復合材料及其制備方法，該方法是將CNTs超聲分散在分散劑中，再加入硼化鋯和碳化硅，經球磨分散、烘干、研磨后，將所得混合粉料裝入涂有脫模劑的石墨模具中熱壓燒結。中國專利CN 102557641 A公開了一種碳納米管增強增韌碳化硅陶瓷及其制備方法，其采用熱壓燒結或無壓燒結工藝，原材料的重量配比制成：碳化硅微粉：碳化硼微粉：碳粉：碳納米管：粘結劑：分散劑為100：0.5～3：1.5～8：0.5～3：3～6：0.2～3.0。中國專利CN 104291826A公開了一種碳納米管增強SiC基納米復合材料膜的制備方法，該方法是將碳納米管,B₄C微粉以及單質硅粉分散到水中制成懸浮液，以Triton^TM X-100作為分散劑，然后利用加壓過濾裝置對懸浮液進行壓濾，將壓濾得到CNTs Buckypaper預制體浸漬熱塑性酚醛樹脂溶液，然后依次進行軟固化、硬固化、后固化，得到固化樣品；將固化樣品在氮氣的保護下進行碳化，最后燒結，得到碳納米管增強SiC基納米復合材料膜。中國專利CN 104387102 A公開了一種碳納米管陶瓷基復合材料及其制備方法，其采取的工藝是球磨、熱壓燒結。中國專利CN 103288466 A公開了一種原位自生碳納米管改性硅碳氮陶瓷基復合材料的制備方法。文獻“Z.J.Gu,Y.C.Yang,K.Y.Li,Z.W.Pan,et al.Aligned Carbon nanotube-reinforeed silicon carbide composites produeed by chemical vapor infiltration[J].Carbon,2011,49:2475-2482”公開了一種制備CNTs/SiC納米線復合材料的方法，應用原子力顯微鏡測試其斷裂強度為20±6.4GPa。中國專利CN 103061112 A公開了一種碳化硅和碳納米管的復合材料及其制備方法，該方法是以CNTs宏觀體為預制體，采用CVI工藝沉積SiC陶瓷基體來制備復合材料，CNTs宏觀體是CNTs纖維或CNTs纖維構成的預制體。