[發明專利]一種SiCw定向高強韌化厚壁陶瓷基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201910083429.4
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109721376B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 王晶;劉永勝;曹立陽;成來飛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/81;C04B35/577;C04B35/622
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種SiCw定向高強韌化厚壁陶瓷基復合材料的方法，將預制體在高溫爐中進行界面層與基體制備，使預制體的相對密度達到40％～80％；利用機加工制備陶瓷基復合材料定向通道；利用球磨制備SiCw漿料，結合真空浸漬法封填定向通道，反復浸漬，直至定向通道不透光；利用CVI法進一步致密預制體，最終獲得高強韌性陶瓷基復合材料。該工藝的優點：(1)典型的SiCw定向封填銷釘結構極大地提高了復合材料的層間結合強度；(2)SiCw層間結構包裹纖維絲與纖維束，可有效阻礙裂紋擴展，提高復合材料韌性；(3)定向封填通道具有設計性，可根據不同需求設計尺寸、間距及分布，操作簡單。

技術領域

本發明屬于陶瓷基復合材料的制備方法，涉及一種SiCw定向高強韌化厚壁陶瓷基復合材料的制備方法。

背景技術

陶瓷基復合材料具有耐高溫、高比強度、高比模量、耐熱震、抗燒蝕等一系列優良性能，展現了優越的高溫熱力學性能和微觀組織穩定性，是一種集結構承載和耐苛刻環境的輕質復合材料，在空天飛行器的隔熱/防熱、航空發動機、衛星姿控發動機、超高聲速沖壓發動機和固體火箭發動機等武器裝備等領域擁有巨大的應用潛力。

化學氣相滲透(chemical vapor infiltration，CVI)工藝具有對纖維損傷小、可設計性強、基體炭純度高工藝靈活、適應面廣的優點，能夠賦予陶瓷基復合材料更優異的綜合性能，是制備高性能陶瓷基復合材料的主要技術手段，但易造成預制體外部的結殼，不能用于制備厚壁零件。然而，隨著復合材料的進一步應用，厚壁復合材料需求日益增多，如：大型民機機翼根部厚度可達30～5mm，A380中央翼個別重要連接處厚度達160mm，鋪層均在幾百層以至上千層，形成了名副其實的厚斷面復合材料。伴隨大型化、整體化設計思路的推進，厚壁復合材料制備工藝技術已成為結構復合材料急需解決的關鍵問題之一。

國防科技大學將CVI法與PIP法結合制備C/SiC復合材料，充分發揮各自工藝的優點和克服其缺點，CVI法外層沉積的SiC保護層可有效防止PIP工藝中PCS對纖維的影響，達到了提高致密化效率和縮短制備周期的目的，可制備出均勻性好、力學性能高的C/SiC厚壁構件。但是，CVI法制備的基體為典型的β-SiC晶體結構，而PIP制備的SiC為無定型基體結構，基體的結構差異是復合材料性能的關鍵。西北工業大學將CVI法與LSI法結合，開發了一種成本低且耐高溫、抗氧化的C/SiC厚壁構件制備方法，其工藝制備的復合材料彎曲強度達到了480MPa，并具有更優異的熱穩定性。但是，復合材料基體中存在的殘余Si會導致復合材料的高溫力學性能和抗蠕變性能降低。中國專利CN 105367105 A公開了一種機械加工輔助CVI法制備陶瓷基復合材料厚壁件的方法，該方法：利用機械加工的方法對預制體進行傳質通道孔加工，從而疏通氣態先驅體的傳輸通道，改善了預制體本身的孔隙結構，降低了復合材料的密度梯度，提高了復合材料整體力學性能。但該方法中傳質通道仍作為“空心鉚釘”，空心結構會阻斷應力傳導路徑，當傳質通道直徑過大時，增大應力集中效應，影響材料的綜合性能。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種SiCw定向高強韌化厚壁陶瓷基復合材料的制備方法，解決的陶瓷基復合材料厚壁構件制備均勻性與力學性能不足，提供了一種工藝簡單、成本低廉且可有效提高陶瓷基復合材料厚壁件強韌性的制備工藝方法，提升了陶瓷基復合材料厚壁件的力學性能。

技術方案

一種SiCw定向高強韌化厚壁陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于：基于機械加工輔助化學氣相滲透方法，采用真空浸漬法，將SiCw作為第二相封填預制體在厚度方向加工的定向柱。SiC晶須增韌陶瓷基厚壁件有兩大特征：一方面，在陶瓷基復合材料厚度方向形成毫米尺度的SiCw定向銷釘結構封填柱，從而增大層間結合強度，強化結構；另一方面，SiCw滲入陶瓷基復合材料層間形成微米尺度的SiCw層間結構，包裹了纖維束或纖維絲，有效阻礙裂紋擴展，提高韌性。

具體步驟如下：