[發明專利]一種碳化硅陶瓷基復合材料復雜構件近凈尺寸成型方法

在審

• 申請號: 201810657130.0
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108658614A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 李斌斌;袁小森;黃海泉;毛幫笑;湯浩;饒志遠
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/84
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種碳化硅陶瓷基復合材料復雜構件近凈尺寸成型方法，將三聚氰胺泡沫高溫熱解為多孔碳泡沫，將碳泡沫通過加工為復雜構件模型，浸漬催化劑溶液，干燥后通過化學氣相沉積在多孔碳泡沫模型中制備碳化硅納米線，填充多孔碳泡沫孔洞，通過高溫氧化去除碳泡沫模型基體，得到碳化硅納米線構成的模型，通過化學氣象浸滲(CVI)增密，得到近凈尺寸碳化硅陶瓷基復合材料復雜構件；本發明具有的優點：1、碳化硅陶瓷基復合材料構件預制體通過原位生長碳化硅納米線自組裝一次成型，工藝簡單，省去復雜的后續機加工程序；2、碳化硅陶瓷基復合材料構件由碳化硅納米線和碳化硅陶瓷基體組成，致密度高，強度高，抗氧化。

技術領域

本發明涉及一種碳化硅陶瓷基復合材料成型方法，具體涉及一種碳化硅陶瓷基復合材料復雜構件近凈尺寸成型方法。

背景技術

連續SiC纖維增強SiC基(SiC_f/SiC)復合材料具有低密度，高比強度，高比模量、低化學活性、高電阻率和低中子輻射誘導活性等特性，在航空航天、核聚變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。目前SiC_f/SiC復合材料通常的制備方法是先采用碳化硅纖維編織成型，之后采用CVD或是PIP法進行增密增強處理得到碳化硅纖維增強的碳化硅陶瓷基復合材料。但是纖維編織方法只能編織形狀簡單的預制體，對于一些復雜的預制件則通常采用預先編織成規則幾何形狀之后再通過后續加工進行近凈尺寸成型。但是由于陶瓷基復合材料本身的特性是硬度極大，對于碳化硅陶瓷基復合材料的加工極為困難和昂貴，通常需要消耗大量的人力物力及大量昂貴的金剛石刀具。因此急需一種簡單，易成型的方法編織復雜的預制體構件。

SiC納米線最大彎曲強度為53.4GPa，是微米晶須的兩倍，而且SiC納米線在常溫下還具有超塑性，因此以超長SiC納米線代替傳統的SiC纖維材料作為SiC陶瓷基復合材料的增強體有望提高SiC陶瓷基復合材料的強度，斷裂韌性等。

反應燒結法可以制備精度較高的復雜構件，但是反應燒結法制備的陶瓷基復合材料有孔隙率大，機械性能差等缺點，不能滿足一些要求力學性能的條件下使用。專利號為201710713691.3的專利通過碳化硅原始粉末、成型劑、鋰、鈹、硼、碳、硅、鋁、鈦、鐵中的一種或多種單質，鋰、鈹、硼、碳、硅、鋁、鈦、鐵中的一種或多種單質，按一定比例混合，燒結，制備了一種可易于切削加工的陶瓷基復合材料，此種材料具有易于切削加工，易于成型復雜構件的優點，但是沒有解決陶瓷基復合材料的一次成型問題；論文“Si3N4陶瓷的激光加熱輔助車削技術研究”中采用激光加熱輔助切削加工的方法，大大降低了陶瓷基復合材料對的切削加工難度，對于陶瓷基復合材料的加工具有重要意義，但是仍然沒有解決陶瓷基復合材料復雜構件的一次成型問題，成型過程中仍需要復雜耗時的機加工過程。

綜上所述，現有的碳化硅陶瓷基復合材料成型方法主要有兩種，一種是通過提前編織纖維預制體之后進行增強增密和后續機加工處理，得到復雜構件，但是對于復雜構件的纖維預制體編織是極為困難的；另一種是通過粉末熱壓燒結或反映燒結得到胚體，之后進行加工處理，此種方法的到的復合材料強度低，脆性大，且后續的機加工處理極為困難，耗時耗力，燒錢。

發明內容

基于上述現有技術的缺陷，本發明提供了一種碳化硅納米線增強碳化硅陶瓷基復合材料復雜構件一次成型方法，通過將碳泡沫制備成近凈尺寸碳泡沫復雜構件模具，以碳泡沫模具為生長基體，使碳化硅納米線填充碳化硅多孔碳泡沫孔洞，之后高溫氧化去除，得到由碳化硅納米線組成的多孔復合材料復雜構件的近凈尺寸預制體，最后通過CVI增密處理得到近凈尺寸的碳化硅陶瓷基復合材料復雜構件。

本發明具有的優點：碳化硅陶瓷復合材料復雜構件預制體一次成型，精度高，不需成型后復雜昂貴的機械加工，同時碳化硅納米線增強碳化硅陶瓷基復合材料具有密度大，強度高，耐高溫等優點。制備方法簡單，對設備要求低，同時工藝簡單，價格低廉，生產效率高。

一種碳化硅陶瓷基復合材料復雜構件一次成型方法，包括以下步驟：