[發明專利]一種碳纖維增強陶瓷基復合材料及熱解碳界面層制備方法

在審

• 申請號: 202010324947.3
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111548177A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 楊芳紅;周長靈;姜凱;李涵;徐鴻照;劉瑞祥;張家路
• 申請（專利權）人: 山東工業陶瓷研究設計院有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/628;C04B35/565;C04B35/56;C04B35/622
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 趙奕

本發明公開了一種碳纖維增強陶瓷基復合材料及熱解碳界面層制備方法，所述復合材料的組成包括碳纖維增強體、陶瓷基體、熱解碳界面層，所述熱解碳界面層位于碳纖維增強體與陶瓷基體之間并包覆于碳纖維增強體上，所述熱解碳界面層采用化學氣相沉積工藝在碳纖維增強體表面沉積熱解碳形成。本發明一方面緩解了復合材料中增強體碳纖維與陶瓷基體之間的物理和化學性質的不匹配，另一方面保護了碳纖維在后續制備陶瓷基體中免受損害。采用本發明方法制備的熱解碳界面層提高了復合材料的強度和韌性，同時使材料的斷裂行為由脆性斷裂變為韌性斷裂。

技術領域

本發明涉及碳纖維增強陶瓷基復合材料界面改性技術領域，具體提供一種碳纖維增強陶瓷基復合材料及熱解碳界面層制備方法。

背景技術

碳纖維增強陶瓷基復合材料是由碳纖維作為增強體，陶瓷作為基體的復合材料。通過添加耐高溫陶瓷基體，碳纖維增強陶瓷基復合材料可以作為耐高溫材料使用。相比于其他耐高溫材料，碳纖維增強陶瓷基復合材料具有比重輕、熱導率低、熱膨脹系數低、耐化學腐蝕、強度高、硬度大等特點，已經成為一種理想的高溫結構材料。然而復合材料的增強體碳纖維與陶瓷基體之間物理和化學性質的差異，造成兩者存在熱膨脹系數不匹配以及微觀晶格不匹配的問題。兩者結合的界面在施加應力時，容易發生脆性斷裂，導致復合材料強度和韌性的降低。

發明內容

本發明的技術任務是針對上述存在的問題，提供一種碳纖維增強陶瓷基復合材料及熱解碳界面層制備方法，解決碳纖維增強陶瓷基復合材料增強體與基體性質不匹配的問題。

界面在復合材料中起到了傳遞載荷、熱量等作用，同時也是材料斷裂過程中裂紋、缺陷等集中的區域，界面性能對復合材料的力學性能和熱物理性能有顯著的影響，因此，界面改性是提高復合材料力學性能和抗氧化燒蝕性能的重要途徑。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一種碳纖維增強陶瓷基復合材料，所述復合材料的組成包括碳纖維增強體、陶瓷基體、熱解碳界面層，所述熱解碳界面層位于碳纖維增強體與陶瓷基體之間并包覆于碳纖維增強體上，所述熱解碳界面層采用化學氣相沉積工藝在碳纖維增強體表面沉積熱解碳形成。

所述碳纖維增強體采用復合材料體積分數為20％-40％的三維碳纖維編織物。

所述熱解碳界面層厚度為100nm-10μm。

一種碳纖維增強陶瓷基復合材料熱解碳界面層制備方法，所述方法包括步驟如下：

步驟一

將所述碳纖維增強體放入高溫爐中在真空狀態下進行排膠處理。

步驟二

將所得碳纖維增強體放入化學氣相沉積爐內，進行熱解碳界面層沉積。

所述碳纖維增強體為采用編織工藝將碳纖維編織成所需形狀的三維碳纖維編織物增強體。

所述步驟一中排膠處理溫度為600-1200℃。

所述步驟二中熱解碳界面層沉積工藝條件包括內容如下：

所述碳纖維增強體為針刺結構、三維編織或2.5D編織結構。

所述方法通過調節工藝參數，包括溫度、壓強、氣體流量、沉積時間，得到不同厚度和結構的熱解碳界面層。

與現有技術相比，本發明一種碳纖維增強陶瓷基復合材料及熱解碳界面層制備方法具有以下突出的有益效果：

本發明通過設計熱解碳界面層，有效改善了碳纖維與陶瓷基體的界面結合狀態與微觀組織結構，大大提高了復合材料的力學性能及熱物理性能。熱解碳在碳纖維表面均勻鋪層、厚度一致，填充了碳纖維表層的溝壑。