[發(fā)明專利]一種準(zhǔn)各向同性SiC短切纖維氈增韌陶瓷基復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710738669.4
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107417291B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 成來飛;葉昉;陳乃齊;付志強;許澤水;劉永勝;張立同
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/573;C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)各向同性SiC短切纖維氈增韌陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，首先氣流成網(wǎng)與針刺縫合結(jié)合的方式成型SiC短切纖維氈，然后浸漬樹脂，待其固化后，進行預(yù)加工，得到纖維氈預(yù)制體；將纖維預(yù)制體直接裂解得到SiC纖維界面或低溫氧化除炭后采用化學(xué)氣相滲透(CVI)制備SiC纖維界面；采用CVI、先驅(qū)體浸漬裂解(PIP)和反應(yīng)溶體滲透(RMI)等工藝對預(yù)制體進行致密化處理，精加工后得到一種準(zhǔn)各向同性、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)SiC短切纖維氈為預(yù)制體的陶瓷基復(fù)合材料，滿足航空航天領(lǐng)域處于復(fù)雜應(yīng)力下的復(fù)雜部件的使用需求，該方法有可設(shè)計性強、利用率高，重復(fù)性好等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)各向同性SiC短切纖維氈增韌陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，具體涉及一種以準(zhǔn)各向同性、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)預(yù)制體取代傳統(tǒng)的一維單向、二維/二維半鋪層(2D、2.5D)和三維(3D)等各向異性預(yù)制體結(jié)構(gòu)，制備一種可在復(fù)雜應(yīng)力下服役的準(zhǔn)各向同性陶瓷基復(fù)合材料。

背景技術(shù)

SiC結(jié)構(gòu)陶瓷材料具有高硬度、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等優(yōu)異性能，適用于高溫有氧苛刻環(huán)境，但其強韌性不足，使其在復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境中的應(yīng)用受到限制。為解決上述問題，研究人員在SiC陶瓷中加入顆粒、晶須或纖維實現(xiàn)增強補韌。按強韌化方式不同，發(fā)展了顆粒/晶須增強SiC復(fù)相陶瓷和連續(xù)纖維增強SiC陶瓷基復(fù)合材料。顆粒/晶須增強SiC復(fù)相陶瓷具有高強度和高比例極限應(yīng)力，但韌性提高有限(通常K_1C＜5MPa·m^1/2)，根據(jù)制備工藝特點(如燒結(jié)法、聚合物轉(zhuǎn)化法等)主要適于作為小尺寸簡單結(jié)構(gòu)部件。連續(xù)SiC纖維增強SiC陶瓷基復(fù)合材料(SiC_f/SiC復(fù)合材料)從根本上解決了SiC陶瓷脆性大、對裂紋敏感、可靠性差等問題，強韌性均有較大幅度提高(通常240MPa＜σ_F＜500MPa，15MPa·m^1/2＜K_IC＜25MPa·m^1/2)，已在航空航天等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，根據(jù)制備工藝特點(如化學(xué)氣相滲透法等)可適于作為大尺寸復(fù)雜形狀部件。然而，目前連續(xù)SiC纖維預(yù)制體主要采用二維鋪層(2D)、二維半(2.5D)或三維(3D)結(jié)構(gòu)，其中2D預(yù)制體厚度方向的剛度和強度較低、易分層、層間剪切強度有待提高；2.5D預(yù)制體或3D編織結(jié)構(gòu)編織工藝復(fù)雜、SiC纖維損傷程度較大，不利于其力學(xué)性能的保持。而且上述預(yù)制體結(jié)構(gòu)均導(dǎo)致SiC_f/SiC復(fù)合材料具有各向異性特征，若將其應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域處于復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境的復(fù)雜形狀構(gòu)件，將不可避免降低其服役性能和可靠性。

在文獻“Li Jun，Jiao Guiqiong，et al.Damage characteristics andconstitutive modeling of the 2D C/SiC composite:Part I-Experiment andanalysis[J].Chinese Journal of Aeronautics，(2014)，27(6):1586–1597.”中C纖維以0°/90°編織成布并疊層，后通過化學(xué)氣相滲透工藝制備C/SiC復(fù)合材料。在沿正軸方向到偏正軸45°拉伸試驗中，復(fù)合材料的極限應(yīng)力從265.28±15.95MPa降到125.08±11.81MPa；在沿正軸方向到偏正軸45°壓縮試驗中，復(fù)合材料的極限應(yīng)力從338.94±11.51MPa降到257.84±16.40MPa。由此可見，由于纖維預(yù)制體的各向異性結(jié)構(gòu)特征，使復(fù)合材料具有顯著的各向異性。現(xiàn)實服役狀態(tài)下，復(fù)雜應(yīng)力條件對各向異性材料的性能影響顯著，可能極大縮短材料的疲勞壽命，嚴(yán)重阻礙其在相關(guān)部件上的開發(fā)和應(yīng)用。因此，如何有效降低SiC_f/SiC復(fù)合材料內(nèi)部組織/性能的各向異性，同時還使其保持優(yōu)良的強韌性特征，是關(guān)系到SiC_f/SiC復(fù)合材料未來發(fā)展的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題