[發明專利]超高溫熱結構復合材料界面層的制備方法

有效

• 申請號: 201610390103.2
• 申請日: 2016-06-03
• 公開（公告）號: CN106747671B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 羅瑞盈;王連毅
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89
• 代理公司: 北京酷愛智慧知識產權代理有限公司11514
• 代理人: 趙永輝

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，尤其涉及一種超高溫熱結構復合材料界面層的制備方法。

背景技術

碳化硅具有優良的高溫強度、高溫穩定性而得到廣泛關注，但單體碳化硅陶瓷韌性低，易導致材料災難性破壞。以連續碳化硅纖維增韌碳化硅制備碳化硅纖維增強碳化硅復合材料可以明顯改善單體陶瓷韌性，在高溫結構材料、熔融反應堆以及高溫結構吸波材料等領域具有廣闊的應用前景。

界面相是碳化硅纖維增強碳化硅復合材料力學性能及其他性能的實現的關鍵因素之一，合適的界面相、適當的界面相厚度能有效的誘導基體微裂紋偏轉，使纖維橋聯、纖維拔出等增韌機制得以發揮。

碳化硅纖維增強碳化硅復合材料通常采用熱解碳和六方氮化硼作為界面相。其中，熱解碳具有特殊的層狀晶體結構，制備來源廣泛，與纖維和基體的相容性好，具有良好的力學性能。但是熱解碳極易氧化，在高溫下，當界面層全部被氧化后，纖維和基體就會被氧化形成氧化硅層，從而最終將纖維和基體粘結在一起，界面的強結合會阻止纖維的滑移和拔出，致材料表現為脆性，影響了碳化硅纖維增強碳化硅復合材料高溫力學性能的發揮。此外，采用具有與熱解碳相似晶體結構的六方氮化硼作為界面層，與熱解碳相比，其具有較好的抗氧化性能，氧化后形成的玻璃態氧化硼能夠彌補纖維基體間的間隙，阻礙氧的擴散，因此復合材料表現出較好的抗氧化性。但是六方氮化硼作界面層存在以下問題：(1)制備通常采用的氣源(三氟化硼、氨)對碳化硅纖維具有腐蝕性，會導致纖維的損傷；(2)氮化硼界面相內部及其與纖維之間的結合較弱，往往需要后繼高溫熱處理來改善其結合，但高溫熱處理會對碳化硅纖維，特別是會對高氧含量的碳化硅纖維造成損傷；(3)氮化硼氧化產物氧化硼在高溫，特別是在高于1300℃時容易揮發損失，喪失其對氧的阻礙作用，同時液態的氧化硼會溶解碳化硅氧化形成的氧化硅，形成低熔點硅硼化合物，增加氧的擴散能力，促進碳化硅的消耗；(4)玻璃態的氧化硼或硅硼玻璃會與纖維及基體形成強結合，破壞復合材料的弱結合界面，降低復合材料的韌性。

熱解碳和六方氮化硼界面層均存在高溫抗氧化性差的問題，嚴重制約了碳化硅纖維增強碳化硅復合材料高溫力學性能的發揮，因此，開發抗氧化的界面相，提高碳化硅纖維增強碳化硅復合材料高溫力學性能是非常有意義的。

發明內容

本發明的目的是提供一種超高溫熱結構復合材料界面層的制備方法，旨在解決現有技術的超高溫熱結構復合材料其高溫抗氧化性差，制約高溫力學性能發揮的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種超高溫熱結構復合材料界面層的制備方法，包括：

在初始纖維預制體的表面制備碳化硅層，制備一級纖維預制體；

在所述一級纖維預制體的表面制備多孔莫來石層，制備二級纖維預制體；

在所述二級纖維預制體的表面制備碳化硅層。

在此基礎上，進一步地，在所述一級纖維預制體的表面制備多孔莫來石層，制備二級纖維預制體的步驟，具體為：

采用仲丁醇鋁作為鋁源，正硅酸乙酯作為硅源，乙酰乙酸乙酯作為螯合劑，將質量比為第一預定比值的仲丁醇鋁、正硅酸乙酯、乙酰乙酸乙酯溶解于乙醇中，攪拌均勻，制備第一混合液；

將與仲丁醇鋁的質量比為第二預定比值的水加入到所述第一混合液中，攪拌均勻，制備第二混合液；

將所述一級纖維預制體在所述第二混合液中進行真空浸漬，保溫使其凝膠化，制備凝膠化的纖維預制體；

采用高溫裂解的工藝，在所述凝膠化的纖維預制體的表面制備莫來石層，制備二級纖維預制體。

在此基礎上，進一步地，所述第一預定比值為50:1:26。

或者，進一步地，所述第二預定比值為1:2。

在上述任意實施例的基礎上，進一步地，所述在初始纖維預制體的表面制備碳化硅層，制備一級纖維預制體的步驟中，采用氣相滲積工藝制備碳化硅層。

在此基礎上，進一步地，所述氣相滲積工藝中，以三氯甲基硅烷為硅源。

或者，進一步地，所述氣相滲積工藝中，以氬氣為稀釋氣體。

或者，進一步地，所述氣相滲積工藝中，滲積溫度為1000℃。

在上述任意實施例的基礎上，進一步地，所述在所述二級纖維預制體的表面制備碳化硅層的步驟中，采用氣相滲積工藝制備碳化硅層。

在上述任意實施例的基礎上，進一步地，所述初始纖維預制體為Hi-Nicalon纖維或Hi-Nicalon type S纖維。

本發明的有益效果是：