[發明專利]一種利用閃燒技術制備連續纖維增強陶瓷基復合材料的方法

有效

• 申請號: 202011176983.6
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112279663B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 姜娟;倪娜;趙曉峰;丁奇;肖巍偉;史銀春
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/10;C04B35/48;C04B35/565;C04B35/622;C04B35/64
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發明涉及一種利用閃燒技術制備連續纖維增強陶瓷基復合材料的方法，包括首先將連續陶瓷纖維預制體置于模具中，隨后將納米陶瓷粉體少量多次逐步倒入模具中連續陶瓷纖維預制體上，并經過機械振蕩使納米陶瓷粉體充分填充預制體內部的孔隙；之后將所得松散復合材料采用一定壓力進行壓制成型，得到坯體；然后將坯體置于閃燒爐中，升溫至預設溫度，并施加預設電場強度的電場，直至出現閃燒現象；隨后將電源由恒壓狀態轉變為恒流狀態，并在預設電流密度下保溫一段時間，最后經降溫冷卻后即得到連續纖維增強陶瓷基復合材料。與現有技術相比，本發明具有燒結溫度低、制備周期短、所得復合材料更加致密、陶瓷晶粒更細小、力學性能更加優異等優點。

技術領域

本發明屬于連續纖維增強陶瓷基復合材料技術領域，涉及一種利用閃燒技術制備連續纖維增強陶瓷基復合材料的方法。

背景技術

連續纖維增強陶瓷基復合材料是將連續陶瓷纖維植入陶瓷基體中形成的一種高性能復合材料。連續纖維增強陶瓷基復合材料不僅具有陶瓷基體耐高溫、抗氧化、抗蠕變、高強度、耐腐蝕等優點，還可以克服塊體結構陶瓷斷裂韌性低和抗沖擊性能差的缺點，其假塑性斷裂模式可以避免使用過程中結構件脆性斷裂引起的災難性問題。連續纖維增強陶瓷基復合材料作為一種綜合性能優異的高溫熱結構材料，在航空、航天和核能領域具有廣泛的應用前景(Rebecca Gottlieb,Shannon Poges,Chris Monteleone,Steven L Suib,Continuous fiber-reinforced ceramic matrix composites,In book:AdvancedCeramic Materials,2016Scrivener Publishing LLC.)。

目前制備連續纖維增強陶瓷基復合材料的方法主要有：(1)氣相法，主要指化學氣相滲透法(Chemical Vapor Infiltration:CVI)；(2)液相法，主要包括先驅體轉化法(Polymer Infiltration and Pyrolysis:PIP)和溶膠-凝膠法(Sol-gel)；(3)固相法，即熱壓燒結法(Hot Press Sintering:HPS)。化學氣相滲透技術采用氣相先驅體高溫裂解，在纖維表面沉積獲得陶瓷基復合材料。這種方法制備的復合材料中纖維損傷較小，但是沉積速度慢，制備周期長，一般需要數月的時間才能獲得最終的復合材料，制備成本很高，制備的復合材料孔隙率高(～15％)(R.Naslain,F.Langlais,R.Fedou,The CVI processing ofceramic matrix composites,Journal of Physique Colloques,1989,50(C5):191-207.)。液相法中，先驅體轉換法和溶膠-凝膠法是用先驅體或者溶膠浸漬到纖維預制體內部，通過高溫裂解陶瓷化生成陶瓷基體，從而得到陶瓷復合材料。這種方法熱處理溫度較低，但是陶瓷收率低，一般需要多次浸漬，所以數周的制造周期，且得到的復合材料也不可避免的含有～10％的孔隙率(G.Motz,S.Schmidt,S.Beyer,The PIP process:precursorproperties and applications,in Ceramic Matrix Composites:Fiber ReinforcedCeramics and their Applications,2008Wiley-VCH Verlag GmbHCo.KGaA.4.E.Rodeghiero,B.Moore,B.Wolkenberg,M.Wuthenow,O.Tse,E.Giannelis,Sol-gel synthesis of ceramic matrix composites,Materials Science and Engineering:A,1998,244(1):11-21.)。熱壓燒結法是首先將纖維浸漬在含有基體粉料的漿料中，然后將浸有漿料的纖維制成無緯布，層疊后熱壓燒結制得復合材料。這種方法制備簡單，但是纖維同時在高溫高壓下處理會受到嚴重損傷，從而使纖維增韌作用大大減弱(K.Keller,G.Jefferson,R.Kerans,Oxide-Oxide composites,In:Handbook of CeramicComposites.2005Springer.)。

發明內容