[發(fā)明專利]一種SiC/SiC復(fù)合材料高致密多層基體及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111065251.4
• 申請日: 2021-09-11
• 公開（公告）號: CN113754442B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 成來飛;葉昉;郭廣達(dá);宋超坤;張立同
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C04B35/577
• 分類號: C04B35/577;C04B35/80;C04B35/622
• 代理公司: 西安凱多思知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種SiC/SiC復(fù)合材料高致密多層基體及制備方法，將配置好的SiC顆粒(SiC_p)漿料通過真空浸漬和壓力浸漬的方法，引入到多孔SiC/SiC復(fù)合材料中，然后采用CVI法在多孔SiC/SiC復(fù)合材料中制備一定含量的熱解碳，使其均勻包裹SiC顆粒，最后采用RMI法通過熱解碳與熔融硅的反應(yīng)完成SiC/SiC復(fù)合材料的致密化。不同粒徑SiC顆粒的依次引入，形成分層結(jié)構(gòu)，對后續(xù)制備PyC和SiC基體產(chǎn)生遺傳效應(yīng)，獲得了均勻高體積分?jǐn)?shù)的SiC基體相，增加了復(fù)合材料致密度，增加了裂紋擴(kuò)展的能量，有效提高了復(fù)合材料力學(xué)性能。該方法制備的復(fù)合材料具有高體積分?jǐn)?shù)均勻分布的SiC基體相，高的力學(xué)性能和低的開氣孔率，解決了目前RMI工藝方法制備SiC/SiC基體中SiC相含量低分布不均勻和強(qiáng)韌性不足的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料的制備方法，涉及一種SiC/SiC復(fù)合材料高致密多層基體及制備方法。

背景技術(shù)

SiC/SiC復(fù)合材料因其耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、高比強(qiáng)度、高比模量、高韌性、抗蠕變等諸多優(yōu)點，在航空航天熱結(jié)構(gòu)部件等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。隨著我國航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展，發(fā)動機(jī)推重比逐漸提高，高的涵道比、總壓比不斷提高，更高服役溫度，更高應(yīng)力要求以及腐蝕性環(huán)境，對發(fā)動機(jī)熱端結(jié)構(gòu)部件用SiC/SiC復(fù)合材料提出更高強(qiáng)韌性、更高損傷容限，以及更高致密度要求。材料的制備工藝決定其微結(jié)構(gòu)與性能，亟待發(fā)展先進(jìn)工藝方法制備高致密高強(qiáng)韌SiC/SiC復(fù)合材料來應(yīng)對新的挑戰(zhàn)。

SiC/SiC的制備方法包括CVI(化學(xué)氣相滲透)、PIP(先驅(qū)體浸漬裂解)、MI(熔體浸滲)、RMI(反應(yīng)熔體浸滲)和組合工藝。CVI和PIP法制備的復(fù)合材料存在較大的開氣孔率(10％～15％)，高溫腐蝕性環(huán)境下易失效,不滿足高致密的要求；MI制備的復(fù)合材料存在大量殘余硅(～13％)力學(xué)性能差，當(dāng)溫度超過Si熔點時性能急劇下降，難以適應(yīng)航空發(fā)動機(jī)高溫復(fù)雜應(yīng)力工況；RMI工藝具有周期短、復(fù)合材料致密度高、力學(xué)性能優(yōu)異等特點，是制備高致密SiC/SiC的首選方法。RMI過程中可能存在Si熔體對界面和纖維的侵蝕問題，一般采用CVI法在界面表面沉積一定厚度的保護(hù)層以隔絕Si熔體對界面和纖維的腐蝕。由此可見，通過CVI結(jié)合RMI的組合工藝有望獲得致密、性能良好的SiC/SiC。

雖然通過CVI工藝可以在界面表面沉積層狀SiC，但CVI SiC主要起到保護(hù)作用，RMI工藝制備的基體相才是影響最終SiC/SiC的性能的關(guān)鍵因素。RMI法制備的基體一般為均質(zhì)或摻雜改性相，結(jié)構(gòu)單一，不能實現(xiàn)好的裂紋偏轉(zhuǎn)，消耗裂紋能量，實現(xiàn)高韌性基體以滿足航空發(fā)動機(jī)抗熱震性能的要求，例如Wang等人采用反應(yīng)熔體浸滲(RMI)技術(shù)制備的致密SiC/SiC復(fù)合材料，材料的彎曲強(qiáng)度為288.2±0.88MPa，斷裂韌性為16.0±0.25GPa，難以滿足航空發(fā)動機(jī)高強(qiáng)韌應(yīng)力要求。因此，必須對RMI法制備的復(fù)合材料基體進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

高韌性陶瓷基復(fù)合材料的基體一般具有多層結(jié)構(gòu)，通過層與層之間裂紋的偏轉(zhuǎn)可有效地消耗裂紋擴(kuò)展能量，提高材料的韌性。多層基體結(jié)構(gòu)設(shè)計多出現(xiàn)于CVI基體和MAX相改性基體中如，徐永東，成來飛等采用CVI工藝可制備具有多層基體結(jié)構(gòu)的SiC/SiC復(fù)合材料，韌性高達(dá)到41.5MPa.m^1/2。但多層基體結(jié)構(gòu)在RMI工藝中并未見報道，本工作采用漿料浸漬(SI)亞微米SiC顆粒，包覆CVI SiC保護(hù)層，SI微米SiC顆粒填充孔隙，隨后CVI PyC附著在SiC顆粒表面，保留了顆粒間液硅滲透通道，RMI后獲得了高致密多層結(jié)構(gòu)基體。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種SiC/SiC復(fù)合材料高致密多層基體及制備方法，提出一種漿料浸漬(SI)結(jié)合化學(xué)氣相滲透(CVI)和反應(yīng)熔體滲透(RMI)制備高致密具有多層基體結(jié)構(gòu)的SiC/SiC復(fù)合材料方法。

技術(shù)方案