[發明專利]一種自愈合陶瓷基復合材料及其低溫快速制備方法

有效

• 申請號: 201910083636.X
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109608218B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 向陽;曹峰;彭志航
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/84
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

提供了一種自愈合陶瓷基復合材料的低溫快速制備方法，以耐高溫無機纖維布或薄層織物為增強相，以硅樹脂與MoSi₂微粉等為基體，通過泥漿輔助真空浸漬?高溫裂解工藝進行反復致密化制備而制得。本發明制備方法中針刺或穿刺縫合工藝保證了材料的柔性，更好地適用于大尺寸、復雜構件的成型；同時該方法制備周期短、復合材料的成本降低；且制備工藝成熟，生產效率高；本發明方法所得的復合材料具有合適的粘滯流動能力，在提高封填溫度的同時提高封填效果；且具有較高的介質擴散阻力，減小環境介質對纖維的侵蝕；本發明的原料來源廣泛，配制容易，操作簡單，有望在工業領域成為大規模生產制備陶瓷基復合材料的有效方法，應用前景廣闊。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，尤其涉及一種陶瓷基復合材料及泥漿輔助先驅體浸漬裂解法低溫快速制備該材料的方法。

背景技術

纖維增強陶瓷基復合材料是以連續纖維作為增強體、以陶瓷作為基體的一種近年發展較快的高比強度、高比模量、耐高溫、抗燒蝕的新興材料體系。

國際普遍認為，碳纖維增強陶瓷基復合材料是航空航天用高溫結構材料的技術制高點之一，可反映先進航空航天器的設計和制造能力。因此，大力發展碳纖維增強陶瓷基復合材料技術對于提高我國航空航天技術水平具有重要意義。

目前碳纖維增強陶瓷基復合材料的研究與開發在各國高技術發展計劃中都處于非常突出的地位，形成了世界性的陶瓷熱。國外碳纖維增強陶瓷基復合材料的研究主要集中在美國、法國、德國和日本等先進國家，已開發出C/SiC、C/Al₂O₃和C/Si₃N₄等多種體系。SiC陶瓷基體具有優異的比強度、比剛度，高硬度和耐磨性；同時還具有使用溫度高、導熱系數大、熱膨脹系數小、抗氧化能力強等優異性能，因此被認為是在1900℃內使用的最具前途的高溫結構陶瓷。C/SiC也是迄今研究最為深入，開發應用最為廣泛的一類陶瓷基復合材料，已在美、德、法等國被證明為最具應用前景的CMCs材料。

C/SiC復合材料根據連續纖維在材料內部增強方式不同可分為：1D C/SiC、2D C/SiC以及3D C/SiC，即C/SiC復合材料分別以單向纖維增強(1D或UD,unidirectional)、兩向織物增強(2D)和三維織物增強(3D)。纖維的增強方式不同，C/SiC復合材料的成型方式、孔隙結構、孔隙分布、網絡形狀都不同。

單向纖維增強C/SiC復合材料中碳纖維保持連續的長絲狀態，其成型方法主要是借鑒傳統的增強塑料的成型方法，如預浸布、層壓、鋪層、纏繞等。單向C/SiC復合材料的主要特點是：纖維體積含量高，可達到90％；孔隙率較低且可控制；復合材料可在一個方向得到最高的拉伸強度，但偏離纖維軸線方向的強度較低。1D C/SiC復合材料主要應用于回轉體和異形薄壁結構。2D C/SiC復合材料以2D編織體為增強相。2D編織體有三種基本的構造形式：平紋、斜紋和緞紋。2D C/SiC復合材料的制備主要采用碳布鋪層模壓的方式，其優點是工藝簡單、制備成本低，缺點是層間剪切強度低，易分層。2D C/SiC復合材料廣泛應用于對結構強度要求不高的大尺寸、簡單形狀構件。三維織物增強復合材料是近二十年來誕生的一種新型復合材料，是復合材料科學中突起的一支新秀。三維織物增強復合材料具有完全整體性，材料力學性能好。目前三維織物主要有以下四類：機織三維織物，正交非交織三維織物(簡稱三維ON織物)，針織三維織物，三維編織織物。

C/SiC復合材料具有種種優異性能，但在高于400℃氧化氣氛中碳纖維會快速氧化，導致復合材料性能下降甚至失效，大大限制了其在高溫氧化性條件下的應用。因此，提高C/SiC復合材料的抗氧化耐燒蝕性能對于推進其在航空航天領域的應用，具有重大的現實意義。