[發明專利]一種短碳纖維增強Csf

有效

• 申請號: 202010543816.4
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111662091B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 倪德偉;盧俊;董紹明;廖春景;楊金山;闞艷梅;丁玉生;張翔宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/571;C04B35/622;B33Y70/10;B33Y10/00
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種短碳纖維增強Csf/SiC陶瓷基復合材料及其制備方法，所述短碳纖維增強C_sf/SiC陶瓷基復合材料的制備方法包括：（1）將短碳纖維、分散劑、粘結劑和溶劑混合，得到短碳纖維漿料；（2）將所得短碳纖維漿料通過3D打印成型制備得到短碳纖維定向排列的增強體；（3）將所得增強體經過干燥和排膠后，再制備界面相和部分SiC基體，最后經過致密化工藝，得到所述短碳纖維增強C_sf/SiC陶瓷基復合材料。

技術領域

本發明涉及一種短碳纖維增強C_sf/SiC陶瓷基復合材料及其制備方法，屬于陶瓷基復合材料技術領域。

背景技術

碳纖維增強碳化硅C_f/SiC陶瓷基復合材料具有低密度、高強度、耐高溫和非脆性斷裂等綜合性能，受到世界各國的廣泛關注，在航空航天、能源等領域具有廣闊的應用前景。相對于連續纖維增強陶瓷基復合材料，短切纖維增強陶瓷基復合材料具有更優的性能可設計性，易獲得組成、結構可控的陶瓷基體，且成本低廉。

短碳纖維增強碳化硅復合材料(C_sf/SiC)的常規制備方法通常是：將短碳纖維與陶瓷粉體通過球磨等機械方法混合均勻，再通過干壓、注漿、凝膠注、流延等方法成型，最后通過熱壓、放電等離子燒結、反應熔滲等方法致密化。但是常規方法制備C_sf/SiC復合材料容易造成短碳纖維一定程度的損傷，同時端碳纖維在基體中定向效果交叉，纖維表面難以制備均勻界面相，最終導致C_sf/SiC復合材料力學性能較差。專利(中國公開號CN 109704800A)公布了一種基于直寫成型的短碳纖維增韌陶瓷基復合材料成型方法，該方法首先制備具有剪切變稀流變性的短碳纖維增韌陶瓷漿料，然后利用3D打印設備獲得短碳纖維直寫成型素坯，之后制備纖維界面層并運用致密化工藝得到短碳纖維增韌復合陶瓷零件。此方法在漿料中加入陶瓷粉體，由于陶瓷粉體對纖維的包覆導致無法在短碳纖維表面獲得均勻的界面層，而純短碳纖維漿料又難以高質量打印成型，限制了材料力學性能的提升。

發明內容

針對C_sf/SiC復合材料常規制備方法中短碳纖維損傷、纖維表面難以制備均勻界面相、纖維在基體中隨機分布，導致C_sf/SiC力學性能較差的技術問題，本發明采用3D打印方法制備短碳纖維定向排列的增強體，再通過化學氣相滲透方法在短碳纖維的表面制備均勻界面及部分SiC基體，最后通過前驅體浸漬-裂解(PIP)方法完成致密化，最終獲得高性能 C_sf/SiC陶瓷基復合材料。

一方面，本發明提供了一種短碳纖維增強C_sf/SiC陶瓷基復合材料的制備方法，包括：

(1)將短碳纖維、分散劑、粘結劑和溶劑混合，得到短碳纖維漿料；

(2)將所得短碳纖維漿料通過3D打印成型制備得到短碳纖維定向排列的增強體；

(3)將所得增強體經過干燥和排膠后，再制備界面相和部分SiC基體，經過致密化工藝，得到所述短碳纖維增強C_sf/SiC陶瓷基復合材料。

在本公開中，通過加入分散劑和粘結劑精確地控制打印前所得短碳纖維的漿料的固含量和粘度，使得打印出來的短碳纖維均勻性/定向性更好。

較佳的，所述短碳纖維的平均長度為0.05mm～1mm，直徑為1μm～7μm。

較佳的，所述短碳纖維漿料中短碳纖維的固含量為60％～75wt％，粘度為5～100Pa·S。

較佳的，所述溶劑選自乙二醇、丙三醇、丙酮、乙醇和水中的至少一種，優選為水和乙醇的混合溶劑。

較佳的，所述分散劑選自甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉和羥乙基纖維素中的至少一種；所述分散劑的加入量為短碳纖維質量的0.5％～5％。