[發(fā)明專利]一種陶瓷纖維混編織物增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011307413.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN112110733B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高龍飛;李松;彭喆;柴笑笑;張雪梅;安楠;肖沅諭;路秋勉;武元娥;劉紅影
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京玻鋼院復(fù)合材料有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/5835
• 分類號(hào): C04B35/5835;C04B35/596;C04B35/80;C04B35/622;C04B35/626;C04B35/64
• 代理公司: 北京力量專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 毛雨田

本發(fā)明提供一種陶瓷纖維混編織物增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，陶瓷纖維混編織物增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料為石英纖維與氮化硅纖維的混編織物，基體材料為氮化硼陶瓷或硅氮硼陶瓷。石英纖維與氮化硅纖維的混編織物中，石英纖維與氮化硅纖維的質(zhì)量比為1：（0.2?5）。該陶瓷纖維混編織物增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法將石英纖維和氮化硅纖維編織成混編織物，作為復(fù)合材料的增強(qiáng)材料，混編織物保留著單種纖維的優(yōu)點(diǎn)，從而可通過(guò)提高氮化物陶瓷基復(fù)合材料的燒結(jié)溫度，充分發(fā)揮氮化物陶瓷基體材料特性，制備的復(fù)合材料在力學(xué)性能、耐溫性、介電性能能等方面展示出優(yōu)異性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高溫透波材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種陶瓷纖維混編織物增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著高超聲速導(dǎo)彈和再入飛行器研制需求的提出，天線罩的耐高溫性能和抗沖擊性能面臨極大挑戰(zhàn)，氮化硅、氮化硼等氮化物陶瓷基復(fù)合材料逐漸在高溫透波材料領(lǐng)域展現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)。氮化物陶瓷基體是一類強(qiáng)共價(jià)鍵化合物，具有優(yōu)良的耐高溫、抗氧化、耐燒蝕、抗熱震、耐化學(xué)腐蝕以及良好的高溫介電和透波性能。在高溫透波材料領(lǐng)域，與目前成熟使用的二氧化硅陶瓷基復(fù)合材料相比，氮化物陶瓷基復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐高溫性能、耐燒蝕性能更佳，已成為國(guó)內(nèi)外新一代高溫透波材料的研究熱點(diǎn)。

氮化物陶瓷基復(fù)合材料的密度、熱導(dǎo)率、線膨脹、比熱容、拉伸、彎曲、壓縮、介電、燒蝕等性能都與氮化物基體材料息息相關(guān)，但是氮化物陶瓷基復(fù)合材料的耐溫性能主要由增強(qiáng)纖維決定。石英纖維作為一種技術(shù)成熟、性能優(yōu)異的高溫透波纖維已成熟應(yīng)用，由于石英纖維在燒結(jié)溫度達(dá)到600℃時(shí)強(qiáng)度保留率約為20%，燒結(jié)溫度達(dá)到1200℃時(shí)強(qiáng)度保留率為0%，因此石英纖維增強(qiáng)氮化物陶瓷基復(fù)合材料的燒結(jié)溫度一般不超過(guò)600℃，在此溫度下燒結(jié)得到的氮化物基體未充分陶瓷化，無(wú)法發(fā)揮其最佳性能。氮化硅纖維是近年來(lái)一種屬于國(guó)防高科技重要戰(zhàn)略材料領(lǐng)域快速發(fā)展的高性能耐高溫透波增強(qiáng)纖維，其使用溫度可以達(dá)到1400℃以上，具有良好的耐高溫性能以及優(yōu)良的介電性能，通過(guò)陶瓷基體致密化后，可應(yīng)用于高溫透波材料領(lǐng)域。但是氮化硅纖維脆性大、編織性差，且市售價(jià)格大約是石英纖維的40倍，若全部采用氮化硅纖維增強(qiáng)氮化物陶瓷基復(fù)合材料顯然成本太高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種陶瓷纖維混編織物增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料及其制備方法，將石英纖維和氮化硅纖維編織成混編織物，作為復(fù)合材料的增強(qiáng)材料，混編織物保留著單種纖維的優(yōu)點(diǎn)，從而可通過(guò)提高氮化物陶瓷基復(fù)合材料的燒結(jié)溫度，充分發(fā)揮氮化物陶瓷基體材料特性，制備的復(fù)合材料在力學(xué)性能、耐溫性、介電性能能等方面展示出優(yōu)異性能。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種陶瓷纖維混編織物增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料，所述陶瓷纖維混編織物增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料為石英纖維與氮化硅纖維的混編織物，基體材料為氮化硼陶瓷或硅氮硼陶瓷。

其中，石英纖維具有韌性好、編織性好的優(yōu)點(diǎn)，但其在高溫下強(qiáng)度保留率低；而氮化硅纖維的耐高溫性能好，拉伸強(qiáng)度、模量和介電常數(shù)高，但脆性大、編織性差，且價(jià)格昂貴，將兩種纖維混編后，混編織物可同時(shí)具有石英纖維和氮化硅纖維各自的優(yōu)點(diǎn)，從而可通過(guò)提高氮化物陶瓷基復(fù)合材料的燒結(jié)溫度，充分發(fā)揮氮化物陶瓷基體材料特性，得到在力學(xué)性能、耐溫性、介電性能能等方面均具有優(yōu)異性能的復(fù)合材料。

優(yōu)選地，所述石英纖維與氮化硅纖維的混編織物中，石英纖維與氮化硅纖維的質(zhì)量比為1：（0.2-5）。由于石英纖維重量比越高，混編纖維耐高溫性能越差，拉伸強(qiáng)度、模量、介電常數(shù)越低；而氮化硅纖維重量比越高，混編纖維的韌性越差、編織性越差，且成本顯著增加。經(jīng)前期對(duì)多種石英纖維與氮化硅纖維比例的嘗試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)石英纖維與氮化硅纖維的質(zhì)量比為1：（0.2-5）時(shí)，混編纖維可同時(shí)獲得較好的耐高溫性能，較高的拉伸強(qiáng)度、模量、介電常數(shù)，且成本合理。

本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種制備上述的陶瓷纖維混編織物增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的方法，包括以下步驟：

S1. 按照選定的質(zhì)量比，取石英纖維、氮化硅纖維織造陶瓷纖維混編織物；