[發(fā)明專利]一種碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的制備方法及碳化硅陶瓷基復(fù)合材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010053314.3
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111170752B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張舸;張巍;郭聰慧;張永剛;文章蘋
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/571
• 代理公司: 深圳市科進(jìn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛(wèi)良

本發(fā)明提供的碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，對碳纖維表面進(jìn)行氧化處理，采用硅烷偶聯(lián)劑接枝法在所述碳纖維表面接枝碳化硅納米粒子，使聚碳硅烷先驅(qū)體溶液在接枝碳化硅納米粒子后的碳纖維表面浸漬、固化及高溫裂解形成碳纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷基復(fù)合材料。上述碳化硅陶瓷基復(fù)合材料采用硅烷偶聯(lián)劑接枝法制備了碳化硅納米粒子接枝碳纖維，增強(qiáng)了纖維增強(qiáng)體與基體之間的潤濕性，使纖維與基體之間具有合適的界面結(jié)合強(qiáng)度，保證了陶瓷基體與纖維增強(qiáng)體之間載荷的有效傳遞，同時(shí)一定程度上保護(hù)了纖維免受物理和化學(xué)的損傷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料改性處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的制備方法及碳化硅陶瓷基復(fù)合材料。

背景技術(shù)

先進(jìn)陶瓷材料因其高強(qiáng)度，耐高溫，耐化學(xué)腐蝕，比重輕等優(yōu)點(diǎn)，越來越被人們所重視，但是其脆性問題限制了這類材料在諸多高端領(lǐng)域的應(yīng)用。為了解決陶瓷材料脆性較大這一缺點(diǎn)，采用碳纖維作為增強(qiáng)體制成陶瓷基體復(fù)合材料可以最大程度地結(jié)合碳纖維和碳化硅各自的優(yōu)勢，碳纖維在其中發(fā)揮高強(qiáng)度，高模量，高穩(wěn)定性的作用，使得這類復(fù)合材料在軍事領(lǐng)域、航天飛行器領(lǐng)域發(fā)揮更大作用的潛力。

但是，未經(jīng)處理的碳纖維表面的浸潤性較差、反應(yīng)活性低、惰性大，導(dǎo)致其與基體之間的界面性能差。因此需要對碳纖維進(jìn)行表面改性，以改善復(fù)合材料的界面性能。先驅(qū)體浸漬裂解法目前是制備碳纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的主流工藝之一，它因?yàn)楣に囘^程簡短，對設(shè)備要求較低，可制備厚壁以及形狀復(fù)雜、精密制件等特點(diǎn)備受材料工作者的喜愛，但是因?yàn)楣に囘^程中不可避免的對碳纖維造成物理和化學(xué)的損傷，使得碳纖維在復(fù)合材料中很難發(fā)揮出其高強(qiáng)、高模量和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，從而制約了復(fù)合材料整體性能。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒如此，有必要針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種力學(xué)性能較好的碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，包括下述步驟：

對碳纖維表面進(jìn)行氧化處理；

采用硅烷偶聯(lián)劑接枝法在所述碳纖維表面接枝碳化硅納米粒子；

將接枝碳化硅納米粒子后的碳纖維表面浸漬于聚碳硅烷先驅(qū)體溶液中再經(jīng)固化及高溫裂解形成碳纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷基復(fù)合材料。

在一些較佳的實(shí)施例中，在對碳纖維表面進(jìn)行氧化處理的步驟中，具體為：

將碳纖維浸沒于丙酮中，并進(jìn)行加熱回流及干燥得到干燥后的碳纖維；

將干燥后的碳纖維浸沒于濃酸溶液中，于合適的溫度下浸泡后取出；

用去離子水將碳纖維洗滌至中性，干燥，得到氧化處理的碳纖維。

在一些較佳的實(shí)施例中，在將碳纖維浸沒于丙酮中，并進(jìn)行加熱回流及干燥得到干燥后的碳纖維的步驟中，所述的加熱回流溫度為60～90℃，回流時(shí)間為15～20h，所述的干燥為烘干，烘干溫度60-90℃，烘干時(shí)間6～12h。

在一些較佳的實(shí)施例中，在將干燥后的碳纖維浸沒于濃酸溶液中，于合適的溫度下浸泡后取出的步驟中，所述濃酸溶液為濃硝酸，所述浸泡的溫度為60～90℃，時(shí)間為1～3h。

在一些較佳的實(shí)施例中，在將用去離子水將碳纖維洗滌至中性，干燥，得到氧化處理的碳纖維的步驟中，所述干燥為烘干，烘干的溫度為60～90℃，烘干時(shí)間為6～12h。

在一些較佳的實(shí)施例中，在采用硅烷偶聯(lián)劑接枝法在所述碳纖維表面接枝碳化硅納米粒子的步驟中，具體為：

用氨基硅烷偶聯(lián)劑改性碳化硅納米粒子，使碳化硅納米粒子表面帶有氨基集團(tuán)，利用氨基與氧化后的碳纖維表面的羥基和羧基反應(yīng)將碳化硅納米粒子接枝到碳纖維表面。