[發明專利]一種碳纖維增強陶瓷基復合材料熱解碳界面層的制備方法

有效

• 申請號: 201910299384.4
• 申請日: 2019-04-15
• 公開（公告）號: CN109987948B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 張永剛;文章蘋;錢鑫;王雪飛;李德宏;宋書林;王欣宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C04B35/628
• 分類號: C04B35/628;C04B35/80
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

本發明公開了一種碳纖維增強陶瓷基復合材料熱解碳界面層的制備方法。該方法采用硅烷偶聯劑接枝法在碳纖維表面修飾氧化石墨烯，采用酚醛樹脂溶液浸漬、熱裂解法在氧化石墨烯修飾后的碳纖維表面形成熱解碳界面層。該方法實現了碳纖維、氧化石墨烯和酚醛樹脂的有效結合，制備的熱解碳界面層制備工藝簡單、厚度可調整、易于控制，且厚度均勻、缺陷少，對陶瓷基復合材料有優異的增強效果。

技術領域

本發明涉及表面改性處理技術領域，特別涉及一種碳纖維增強陶瓷基復合材料熱解碳界面層的制備方法。

背景技術

近年來，碳纖維增強陶瓷基復合材料已逐漸成為在航空航天、高溫發動機等先進工業領域以及先進核能源系統具有廣闊應用前景的高溫結構材料。纖維增強體和界面層是陶瓷基復合材料中兩個重要的微結構單元，對力學性能有顯著的影響。

為了獲得良好的復合材料韌性，熱解碳界面層已被廣泛研究引入復合材料。王延斌等(材料導報，2007年S3期，431-433頁)綜述了碳纖維增韌陶瓷基復合材料界面的研究，熱解碳界面層一般通過化學氣相沉積(CVD)和化學氣相滲透(CVI)引入碳纖維上，然而，CVD和CVI工藝加工時間長，成本高；酚醛樹脂可用來通過固化和熱解來形成熱解碳界面層，該工藝節省時間和成本，但很少用于制備碳纖維增強碳化硅復合材料熱解碳中間層，這主要是由于碳纖維具有與大多數樹脂類聚合物極差的吸附性和潤濕性，降低了碳纖維與聚合物之間的界面結合強度，并且不能確保優異的機械性能。

CN106966750A公開了一種石墨烯改性復合材料活塞及其制備方法與應用，制備方法包括：將石墨烯粉末加入乙醇丙酮混合溶液中，分散均勻，然后超聲；將得到的溶液加入到酚醛樹脂丙酮溶液中，混合均勻；首先采用先驅體浸漬裂解法在活塞預制體表面制備改性界面層；將得到的有石墨烯/C界面層的活塞預制體再通過先驅體浸漬裂解法進一步致密化，重復先驅體浸漬裂解法直到活塞件密度達到1.73～1.78g/cm³；然后在2400～2600℃下進行2～3h石墨化處理，得到改性碳基復合材料活塞。該方法采用石墨烯改性后的酚醛樹脂溶液為先驅體溶液，采用先驅體浸漬裂解法處理預制體，但沒有解決碳纖維與酚醛樹脂的結合問題。

為了增強碳纖維表面與酚醛樹脂之間的結合，利用碳纖維表面的羥基進行化學改性是必須的。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對現有工藝的現狀，提供一種碳纖維增強陶瓷基復合材料熱解碳界面層的制備方法，該方法能夠在碳纖維表面制備得到厚度均勻的熱解碳界面層，因而能夠改善碳纖維增強陶瓷基復合材料中裂紋的擴展起到界面增強增韌的效果。

本發明的技術方案如下：

一種碳纖維增強陶瓷基復合材料熱解碳界面層的制備方法，其特征是包括如下步驟：

步驟(1)，采用硅烷偶聯劑接枝法在碳纖維表面修飾氧化石墨烯；

步驟(2)，采用先驅體浸漬裂解法使酚醛樹脂溶液在氧化石墨烯修飾后的碳纖維表面浸漬，然后高溫裂解形成熱解碳界面層。

所述的硅烷偶聯劑接枝法是指用硅烷偶聯劑改性碳纖維和氧化石墨烯，利用硅烷偶聯劑的烷氧基與碳纖維、氧化石墨烯表面羥基縮合反應將氧化石墨烯接枝到碳纖維表面。

所述的碳纖維增強陶瓷基復合材料是指碳纖維為增強體，陶瓷為基體的一類復合材料，所述的界面層是指碳纖維與基體之間的界面層。

優選的，步驟(1)中，所述的硅烷偶聯劑配制成質量百分含量為2～5％的乙醇溶液；所述的碳纖維在硅烷偶聯劑乙醇溶液中浸漬后，得到硅烷偶聯劑改性碳纖維；所述的氧化石墨烯分散于乙醇中，加入硅烷偶聯劑乙醇溶液，得到硅烷偶聯劑改性氧化石墨烯乙醇溶液；將硅烷偶聯劑改性碳纖維在硅烷偶聯劑改性氧化石墨烯乙醇溶液中浸漬后，烘干，得到表面修飾氧化石墨烯的碳纖維。