[發明專利]一種原位生長SiC納米線增強SiC陶瓷基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201711246466.X
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN107903067A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 陳照峰;廖家豪
• 申請（專利權）人: 蘇州宏久航空防熱材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/571
• 分類號: C04B35/571;C04B35/622;C04B35/628;C04B35/80
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技術領域

本發明涉及一種陶瓷基復合材料及其制備方法，特別涉及一種原位生長SiC納米線增強SiC陶瓷基復合材料及其制備方法。

背景技術

SiC陶瓷基復合材料具有結構輕質、高比強高比模、耐高溫、抗熱震性好、低熱膨脹系數以及抗氧化耐腐蝕等特點，已經被廣泛的應用于航空發動機熱段結構件、火箭發動機噴管、燃燒室等航空航天領域。隨著這些高端領域對材料性能提出更高的要求，如發動機要求材料能更耐高溫，能承受更大氣流沖涮，噴管部位要求材料還需承受更大壓力，由于環境溫度和壓力的大幅提高，SiC陶瓷基復合材料已較難滿足使用要求，因為高溫高壓下會破壞復合材料的結構，將SiC基體從增強纖維間擠出，導致材料出現破壞性失效現象，所以必須進一步強韌化SiC陶瓷基復合材料。

SiC納米線是一種性能優異的納米增強體，拉伸強度可達到53.4GPa，遠大于SiC纖維和SiC晶須，尤其是超長SiC納米線不僅可以改善纖維與基體的界面結合，更重要的是還可以將纖維與纖維、纖維與基體彼此牢牢鎖住，使纖維更難滑動，從而大大增強SiC陶瓷基復合材料的強度。將超長SiC納米線原位生長在增強纖維上，由于超長SiC納米線部分沿著纖維徑向放射狀生長至纖維束內部、纖維束與纖維束間的空隙中，可以有效地將增強纖維緊密連接，極大地提高了SiC陶瓷基復合材料的強韌性，同時提高了纖維預制體內的比表面積，便于陶瓷先驅體的附著，從而提高SiC基體的致密度；并且超長SiC納米線還可以通過分散壓力、裂紋偏轉及橋連等增韌機制，有效地強韌化纖維與SiC基體結合的界面，從而增強SiC陶瓷基復合材料。

申請公布號CN106866148A的中國專利公開了一種SiC納米線原位增強的SiC_f/SiC復合材料及其制備方法，該復合材料包括SiC纖維預制件、SiC納米線和SiC陶瓷基體，所述SiC納米線原位生長于所述SiC纖維預制件的纖維表面，所述SiC納米線之間相互纏繞成網狀結構；所述SiC陶瓷基體填充于所述SiC纖維預制件的孔隙中。制備方法包括：（1）表面化學改性處理；（2）加載催化劑；（3）化學氣相沉積；（4）先驅體浸漬裂解。該SiC納米線原位增強的SiC_f/SiC復合材料具有SiC納米線分布均勻不團聚且與SiC纖維結合良好、強韌性好、致密度高等優點，制備方法工藝簡單、設備要求低、環保、工藝通用性好，SiC納米線引入體積分數高且可控。但是該方法制備的SiC納米線長度不足，只能改善界面，無法真正強韌化SiC基體，由于該方法是先通過浸漬催化劑溶液，這會導致過多的金屬催化劑粒子殘留于纖維表面，從而降低材料在高溫條件下的性能，而且該方法在制備好SiC納米線后沒有再制備一層保護性界面層，這導致在后面的基體復合中SiC納米線遭到嚴重破壞，使材料性能不能得到有效提高。

授權公布號CN103553616B的中國專利公開了一種原位生長SiC納米線增強C/SiC復合材料及其制備方法，所述制備方法包括：（1）漿料制備：將聚碳硅烷、催化劑、和溶劑混合球磨制得漿料，其中所述催化劑為鐵、鎳、和/或二茂鐵；（2）真空高壓浸漬：將C纖維預制體浸入所述漿料中，于真空狀態下保持0.1~1小時，然后通入高壓惰性氣體至1~10MPa，保壓1~4小時；（3）交聯固化：將浸漬過的C纖維預制體放于空氣中6小時以上進行交聯固化制得預成型體；以及（4）高溫裂解：將所述預成型體在保護氣氛下以2~10℃/分鐘的升溫速率升溫至1000~1300℃保溫1~4小時，以在所述聚碳硅烷熱解過程中在金屬催化劑作用下原位生長SiC納米線，從而制得所述原位生長SiC納米線增強C/SiC復合材料。但是該方法直接將纖維預制體浸漬在聚碳硅烷、催化劑、和溶劑混合球磨制得漿料中，然后熱解原位生長SiC納米線，由于熱解過程中聚碳硅烷的分解產生氣體，且自身會發生體積收縮，這會使得SiC納米線生長受到干擾，從而生長的不均勻，并且長度也不足，無法有效增強復合材料。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種原位生長SiC納米線增強SiC陶瓷基復合材料及其制備方法，充分發揮SiC納米線強韌化SiC陶瓷基復合材料的優勢，拓寬了SiC陶瓷基復合材料的應用領域。