[發明專利]改性碳纖維增韌碳化硅陶瓷材料的制備方法及改性碳纖維增韌碳化硅陶瓷材料

有效

• 申請號: 202111172824.3
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN113698221B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 吳寶林;侯振華;吳迪
• 申請（專利權）人: 江西信達航科新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/565;C04B35/628
• 代理公司: 南京中律知識產權代理事務所(普通合伙) 32341
• 代理人: 沈振濤

1.改性碳纖維增韌碳化硅陶瓷材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)對碳纖維表面進行氧化處理，再采用硅烷偶聯劑在碳纖維表面接枝氧化石墨烯，再將聚碳硅烷前驅體溶液涂覆于氧化石墨烯修飾的碳纖維表面，經固化、高溫裂解形成氧化石墨烯改性碳纖維；

(2)將氧化石墨烯改性碳纖維通入流化床反應器中，以氬氣為載氣、以仲丁醇鋁為鋁源，在流化床反應器內仲丁醇鋁熱解為氧化鋁并在氧化石墨烯改性碳纖維表面沉積，形成包覆氧化鋁的氧化石墨烯改性碳纖維；

(3)以包覆氧化鋁的氧化石墨烯改性碳纖維為基材，以三氯甲基硅烷、氫氣和氬氣為氣源，利用化學氣相沉積法在基材表面沉積SiC層，形成改性碳纖維；

(4)將粒度為45～75微米的碳化硅粉體、改性碳纖維、燒結助劑混合后，加入球磨機中，再加入酚醛樹脂、石墨粉末、去離子水球磨；

(5)將球磨后得到的漿料置于真空壓力罐中，經真空處理后注入模具中干壓成型；再在溫度50-90℃下固化6-12h；

(6)在真空爐中，在惰性氣氛中，以5-10℃/min升溫速度再升溫至1400-1500℃，保溫燒結2-6h；隨爐冷卻，即得改性碳纖維增韌碳化硅陶瓷材料；

其中，步驟(1)中，對碳纖維表面氧化處理方法為：將碳纖維浸沒于丙酮中，加熱回流10-15h；烘干后再于30-90℃的濃硝酸浸沒1-3h，取出、洗滌、烘干；接枝氧化石墨烯的方法為：將氧化石墨烯和硅烷偶聯劑分散于乙醇溶劑中，將氧化處理的碳纖維浸沒于該溶液中，取出、烘干，碳纖維、氧化石墨烯、硅烷偶聯劑、乙醇的用量比1g：(2-4)g：(6-8)g：(400-600)ml；所述硅烷偶聯劑為γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、或N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷；固化溫度為100-200℃，固化時間為1-3h；高溫裂解溫度為1200-1400℃，高溫裂解時間為1-2h；

其中，步驟(1)中，聚碳硅烷前驅體溶液的制備方法為：

(a)將納米勃姆石均勻分散在KH550的水溶液中，超聲震蕩0.5-2小時，得混合物1；

(b)聚二甲基硅烷PDMS蒸餾，收集103℃的餾分，干燥；隨后向其中滴加有機溶劑并不斷攪拌，直至有機溶劑與聚二甲基硅烷PDMS質量比為(5-15)：100，記為溶液2；

(c)將混合物1倒入溶液2中，60-80℃水浴加熱，攪拌2-6小時，得混合物3；

(d)將混合物3放入反應釜，通入CO2和惰性氣體的混合氣體，加壓至5-10MPa；按照一定的升溫程序升溫至500-520℃，保溫12-24小時；隨爐冷卻至室溫，得粗產物4；

(e)將粗產物4溶解在有機溶劑中，即得聚碳硅烷前驅體溶液，聚碳硅烷前驅體溶液的質量百分比含量為60-70％；

其中，步驟(2)中，仲丁醇鋁熱解反應溫區溫度為200-700℃，氬氣流量為0.1-0.2m³/h；

其中，步驟(3)中，SiC沉積條件為：沉積溫度900-1200℃，沉積壓力5-10mm Hg；三氯甲基硅烷流量為80-100g/h，氫氣流量為0.1-0.2m³/h，氬氣流量為0.1-0.2m³/h；沉積一段時間后，翻面再沉積，每次沉積時間為10-20h，沉積2次或4次；

其中，步驟(4)中，碳化硅粉體、改性碳纖維、燒結助劑、酚醛樹脂、石墨粉末、去離子水的質量比為(60-70)：(5-15)：(2-4)：(4-10)：(2-4)：1000；球磨轉速為150-250轉/分，球磨時間為2-6h；

其中，步驟(5)中，干壓方法為：將注滿漿料的模具置于50-90℃溫度和80-100MPa的壓力下，單向加壓，保壓時間為1-3min；再將模具倒置，繼續在50-90℃溫度和80-100MPa的壓力下單向加壓，保壓時間為1-3min；

其中，步驟(6)中，真空爐中的真空度為2-9KPa。

2.權利要求1所述的方法制得的改性碳纖維增韌碳化硅陶瓷材料。