[發明專利]一種C-SiCN復合材料

在審

• 申請號: 201611045673.4
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN108101564A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 劉芳
• 申請（專利權）人: 劉芳
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/584
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種C?SiCN復合材料，通過有機聚合物熱解法制得的非晶SiCN陶瓷具有優良的物理、力學性能，如熱膨脹系數低、硬度高、抗蠕變及抗氧化性能優異。預穩定化熱處理C/SiCN(HTCS)與未熱處理C/SiCN(NHTCS)在疲勞后的質量、顯微結構和電阻變化是不同的。對于NHTCS試樣，非晶SiCN基體的晶化造成大量氣體揮發，質量損失明顯；顯微組織結構變化表現為基體脫落、纖維拔出、纖維斷裂、裂紋擴展直至失效；電阻變化率先降后升，變化規律與材料的組織結構變化密切相關。對于預穩定化處理的HTCS試樣，其質量變化、電阻變化的程度相對較小，體現出較好的預穩定化效果。

技術領域

本發明涉及一種陶瓷材料，尤其涉及一種C-SiCN復合材料。

背景技術

有機聚合物熱解法制得的非晶SiCN陶瓷具有優良的物理、力學性能，如熱膨脹系數低、硬度高、抗蠕變及抗氧化性能優異。以非晶SiCN陶瓷為基體的纖維增強陶瓷基復合材料的應用非常廣泛。

作為航空工業高溫結構用材料，陶瓷基復合材料要求具有耐高溫、長壽命和很高的可靠性。典型的C/SiC復合材料，它在疲勞載荷作用下的使用壽命、失效機理及影響因素已經廣泛應用與實際生產中。而C/SiCN具有更為優異的力學性能，其疲勞行為對生產材料的優化、替換十分重要。

發明內容

本發明的目的是為了改善陶瓷材料的穩定性，設計了一種C-SiCN復合材料。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

C-SiCN復合材料的制備原料包括：C-SiCN基體，選用六甲基二硅氮烷為前驅體。

C-SiCN復合材料的制備步驟為：將預制物增強體放在烘箱中烘干，在預制物增強體兩端上下放置石墨墊塊并緊固后放置在銅電極上，向放置預制物增強體的沉積室注入前驅物六甲基二硅氮烷，并連續通入氮氣排除沉積室內空氣，接通電源加熱預制物增強體，在10分鐘由室溫均勻升到700～900℃，期間不斷注入六甲基二硅氮烷前驅物保持液面高度，保溫0.5～15小時后關閉電源，自然降溫至室溫。在真空高溫環境中非晶SiCN陶瓷易于晶化，發生分解、分相、結晶并伴隨氣體釋放，部分或全部轉變為SiC晶體。晶化過程會影響到C/SiCN的疲勞行為，因此在使用之前對材料進行真空預熱處理，可使其預先晶化以獲得穩定的物相和結構。1500℃是合適的預熱處理溫度。

C-SiCN復合材料的檢測步驟為：所用試樣分為兩組，一組為未熱處理原樣(標號：NHTCS)，另一組為1500℃真空熱處理試樣(標號：HTCS)。疲勞應力為40MPa，循環頻率為60Hz，應力比R—O.1，正弦波形式。試驗溫度選取1100℃、1300℃和1500℃三個溫度點，真空環境(10-4Pa)。

本發明的有益效果是：

非晶SiCN陶瓷具有優良的物理、力學性能，如熱膨脹系數低、硬度高、抗蠕變及抗氧化性能優異等性能。制備了碳纖維增強SiCN陶瓷基復合材料(C/SiCN)，NHTCS材料因非晶SiCN的晶化造成大量氣體揮發，質量損失明顯，尤其在1100～1500℃區間損失嚴重。對于HTCS試樣，質量損失相對較小，體現出良好的預熱處理穩定化效果。C/SiCN在疲勞過程中組織結構變化表現為基體脫落、纖維拔出、纖維斷裂過程，最終裂紋擴展直至失效。C/SiCN的電阻變化率隨實驗進程先降后升，變化率與組織結構變化進程密切相關。相對于預穩定化處理的HTCS，NHTCS的電阻變化程度較小，體現了良好的穩定化效果。

具體實施方式

實施案例1：