[發(fā)明專利]一種碳纖維強(qiáng)化硅硼碳氮基陶瓷復(fù)合材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110521747.1
• 申請(qǐng)日: 2021-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN113149680A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡艷志;李愛軍;王緒超;俞茂蘭;康志偉;賈林濤;徐海明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 尚辰（浙江紹興）復(fù)合材料科技有限公司;上海大學(xué)紹興研究院;福建尚辰復(fù)合材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/80
• 分類號(hào): C04B35/80;C04B35/58;C04B35/622
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 馬叢

本發(fā)明提供了一種碳纖維強(qiáng)化硅硼碳氮基陶瓷復(fù)合材料及其制備方法，涉及陶瓷復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的復(fù)合材料包括硅硼碳氮陶瓷基體和復(fù)合在所述硅硼碳氮陶瓷基體中的碳纖維預(yù)制體；所述硅硼碳氮陶瓷基體摻雜有碳化硅粉末，所述碳纖維預(yù)制體的纖維表面沉積有碳化硅涂層。本發(fā)明通過碳化硅粉末對(duì)硅硼碳氮陶瓷基體進(jìn)行摻雜，提高基體中硅元素的占比，使得外層基體在與氧氣接觸中可生成更厚、更稠密的二氧化硅保護(hù)層；通過在碳纖維表面沉積碳化硅涂層對(duì)暴露于氧氣中的碳纖維進(jìn)行保護(hù)，進(jìn)而在高溫環(huán)境下能夠保持住材料的整體性能，有效提高材料的抗氧化性能和耐高溫性能。因此，本發(fā)明提供的復(fù)合材料具有優(yōu)異的抗氧化性和耐高溫性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陶瓷復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳纖維強(qiáng)化硅硼碳氮基陶瓷復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

碳纖維強(qiáng)化硅硼碳氮基陶瓷復(fù)合材料具有較為良好的抗氧化和抗燒蝕性能，主要應(yīng)用在超高音速飛行器的鼻翼端或者發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴端部。研究發(fā)現(xiàn)碳纖維強(qiáng)化硅硼碳氮基陶瓷復(fù)合材料除了自身具有較高的耐高溫性能之外，在高溫有氧環(huán)境下，基體材料的表面能夠生成二氧化硅氧化物保護(hù)層，此時(shí)基體與氧氣的接觸方式，由原本與氧氣之間的直接接觸，轉(zhuǎn)變成了氧氣在二氧化硅隔離層中的氣體擴(kuò)散，由于氧氣在熔融的二氧化硅層中的擴(kuò)散速率較低，導(dǎo)致內(nèi)部的復(fù)合材料與外部的氧氣隔絕，降低了內(nèi)部復(fù)合材料被進(jìn)一步氧化的可能性。但是，硅硼碳氮基體中含有的硅元素較少，在高溫氧化階段若要生成較厚的二氧化硅層，就需要消耗較多的硅硼碳氮基體，此時(shí)就造成了材料的質(zhì)量損失率和線性損失率較大，復(fù)合材料的抗氧化和高溫抗燒蝕性能難以提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維強(qiáng)化硅硼碳氮基陶瓷復(fù)合材料及其制備方法，本發(fā)明提供的碳纖維強(qiáng)化硅硼碳氮基陶瓷復(fù)合材料具有優(yōu)異的抗氧化性和耐高溫性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種碳纖維強(qiáng)化硅硼碳氮基陶瓷復(fù)合材料，包括硅硼碳氮陶瓷基體和復(fù)合在所述硅硼碳氮陶瓷基體中的碳纖維預(yù)制體；所述硅硼碳氮陶瓷基體摻雜有碳化硅粉末，所述碳纖維預(yù)制體的纖維表面沉積有碳化硅涂層。

優(yōu)選地，所述碳化硅粉末的質(zhì)量為碳化硅粉末與硅硼碳氮陶瓷基體總質(zhì)量的10～20％。

優(yōu)選地，所述碳纖維預(yù)制體為2D碳纖維預(yù)制體、2.5D碳纖維預(yù)制體或3D碳纖維預(yù)制體；

當(dāng)所述碳纖維預(yù)制體為2D碳纖維預(yù)制體時(shí)，所述碳化硅粉末的粒徑為75μm以下；當(dāng)所述碳纖維預(yù)制體為2.5D碳纖維預(yù)制體或3D碳纖維預(yù)制體時(shí)，所述碳化硅粉末的粒徑為38μm以下。

優(yōu)選地，所述碳化硅涂層的厚度為100～500nm。

優(yōu)選地，所述碳纖維強(qiáng)化硅硼碳氮基陶瓷復(fù)合材料的氣孔率為5～8％，密度為1.9～2.0g/cm³。

本發(fā)明提供了以上技術(shù)方案所述碳纖維強(qiáng)化硅硼碳氮基陶瓷復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

采用化學(xué)氣相滲透法在碳纖維預(yù)制體的纖維表面鍍上碳化硅涂層，得到沉積有碳化硅涂層的碳纖維預(yù)制體；

將碳化硅粉末球磨后，與聚硅硼碳氮烷浸漬液混合，得到摻雜有碳化硅粉末的浸漬液；

將所述沉積有碳化硅涂層的碳纖維預(yù)制體浸沒于所述摻雜有碳化硅粉末的浸漬液中，依次進(jìn)行加壓浸漬、加熱固化和熱解陶瓷化，得到所述碳纖維強(qiáng)化硅硼碳氮基陶瓷復(fù)合材料；所述熱解陶瓷化在無氧條件下進(jìn)行。

優(yōu)選地，所述加壓浸漬的壓力為1～3MPa，時(shí)間為2～4h。

優(yōu)選地，所述加熱固化的溫度為170～250℃，時(shí)間為1～2.5h；壓力為1～3MPa。

優(yōu)選地，所述熱解陶瓷化的溫度為850～1100℃，時(shí)間為2～4h。