[發明專利]三維碳化硅纖維預制件增強氧化釔-氧化鋯復相陶瓷復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810008268.8
• 申請日: 2018-01-04
• 公開（公告）號: CN107879740B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 馬青松;曾寬宏
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: C04B35/505
• 分類號: C04B35/505;C04B35/48;C04B35/80
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 張鮮

本發明公開了一種三維碳化硅纖維預制件增強氧化釔?氧化鋯復相陶瓷復合材料及其制備方法，該復合材料包括三維碳化硅纖維預制件和Y₂O₃?ZrO₂復相陶瓷，Y₂O₃?ZrO₂復相陶瓷中，ZrO₂的摩爾含量為5%～95%，Y₂O₃?ZrO₂復相陶瓷均勻填充于所述三維碳化硅纖維預制件的孔隙中，該復合材料的孔隙率為9%～16%。制備方法包括：（1）制備Y₂O₃?ZrO₂復合溶膠；（2）浸漬；（3）干燥；（4）熱處理；（5）重復步驟（2）～（4）的浸漬?干燥?熱處理過程。該復合材料具有低孔隙率、高致密度、耐高溫、抗氧化和力學性能優良等優點，該制備方法制備效率高，且顯著提高了復合材料的致密度和力學性能。

技術領域

本發明屬于耐高溫的纖維增強陶瓷基復合材料技術領域，尤其涉及一種三維碳化硅纖維預制件增強氧化釔–氧化鋯（Y₂O₃-ZrO₂）復相陶瓷復合材料及其制備方法。

背景技術

Y₂O₃-ZrO₂復相陶瓷兼具Y₂O₃和ZrO₂的耐高溫、抗氧化、耐蠕變、耐腐蝕等優點，同時，Y₂O₃的引入能夠抑制ZrO₂的相變，因而是一種優良的耐高溫陶瓷材料，作為熱障涂層材料得到較多研究。作為單體陶瓷，Y₂O₃-ZrO₂復相陶瓷的斷裂韌性較低，大多數情況下為2~4MPa·m^1/2。如此低的斷裂韌性導致單體Y₂O₃-ZrO₂復相陶瓷很難作為結構材料獲得實際應用，特別是在具有較大機械載荷沖擊、熱沖擊的場合，必須要進行增韌處理。

在陶瓷基體中引入纖維，已經被證明是能夠顯著提高斷裂韌性的最為有效的增韌方法。碳化硅纖維耐高溫，抗氧化，拉伸強度和模量高，作為高性能陶瓷基復合材料的增強相越來越受到重視，特別是應用于長壽命抗氧化的場合。因此，若能將碳化硅纖維與Y₂O₃-ZrO₂復相陶瓷復合在一起，結合兩者的優勢，理論上有望獲得兼具耐高溫、抗氧化、高強度、高韌性的纖維增強Y₂O₃-ZrO₂復相陶瓷復合材料。

按照纖維在復合材料中的排布方式，即纖維預制件的結構形式，可以分為一維、二維、三維預制件增強復合材料。一維復合材料是指將纖維束通過陶瓷基體粉末配制成的泥漿（漿料中有粘接劑將陶瓷粉末粘附在纖維上）纏繞成無緯布，再將無緯布按不同方向、不同角度鋪層，或者直接按不同方向、不同角度纏繞成所需形狀，然后經高溫無壓或者熱壓燒結得到的復合材料。二維復合材料是指通過涂刷、浸涂陶瓷基體粉末配制成的泥漿等方式在纖維布表面粘附上陶瓷基體，將纖維布疊層后，經高溫無壓或者熱壓燒結得到的復合材料。三維復合材料是指先將纖維制作成三維立體的預制件，然后通過氣相法、液相法等手段將陶瓷基體引入預制件中所得到的復合材料。相比較而言，三維復合材料的整體性較優（一維和二維復合材料的面內、層間性能較弱），纖維含量與排布方向性的可設計性強，更加適用于復雜形狀構件的制備。