[發明專利]聚硅硼氮烷的浸漬-固化處理方法、復合材料及制備方法

在審

• 申請號: 202211434710.6
• 申請日: 2022-11-16
• 公開（公告）號: CN115724674A
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 韓耀;張冰清;張劍;呂毅
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/84;C04B35/622;C04B35/58
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 李文濤

本發明公開了聚硅硼氮烷的浸漬?固化處理方法、復合材料及制備方法，屬于復合材料制備技術領域。對纖維增強氮化硅復合材料傳統的PIP工藝中，浸漬?固化所用的聚硅硼氮烷先驅物具有一定粘度，采用新型聚硅硼氮烷固化處理方法，通過對先驅物進行高壓作用，能夠使得聚硅硼氮烷充分浸入硅硼氮纖維預制體中，保證硅硼氮纖維預制體在聚硅硼氮烷先驅物浸漬固化后，能夠獲得高致密狀態，對于固化工藝的改進，從而確保在后續的多次浸漬?固化?裂解復合過程中能夠獲得低氣孔率、高性能的硅硼氮纖維增強硅硼氮復合材料。

技術領域

本發明涉及一種聚硅硼氮烷的新型浸漬-固化處理方法、一種硅硼氮纖維增強硅硼氮復合材料及其制備方法，屬于復合材料制備技術領域。

背景技術

隨著各種新型飛行器向更高速度和更長時間飛行方向的發展，對集耐高溫、透波、承載等功能于一體的高性能透波材料提出了更高的要求，必須在更高的工作溫度和更惡劣的環境中承受更大的負載和熱沖擊而不受損害，同時滿足電性能特性要求。陶瓷材料具有良好的耐熱、隔熱、力學以及介電性能，一直是航空航天領域耐高溫透波材料的首選。傳統的石英陶瓷材料使用溫度低，無法滿足更高速飛行器的使用要求。硅硼氮陶瓷由于具有耐高溫特性已成為新一代理想的高溫透波候選材料，但陶瓷材料固有的脆性使其可靠性受到限制。硅硼氮兼具了Si₃N₄和BN的優點，具有抗氧化、高溫強度和模量保持率高、高溫透波及耐燒蝕等優異性能。硅硼氮纖維增強硅硼氮透波復合材料因基體中硼元素的加入，提高了纖維和基體的耐溫性，相應復合材料具有良好的高溫力學性能、穩定的電性能及抗燒蝕性能，可根據具體使用環境通過Si、B元素比例調節來平衡其熱、力、電綜合性能，可設計性強，是新一代飛行器天線罩(窗)的理想增強材料。

目前，制備硅硼氮為基體的陶瓷復合材料主要有先驅物浸漬裂解(簡稱PIP)工藝。該工藝是將硅硼氮纖維預制體充分浸漬于聚硅硼氮烷為主的有機先驅物中，浸漬完成后在一定溫度下，發生交聯固化，最后轉入到裂解爐中在一定的溫度和氣氛下裂解。經裂解反應后，有機先驅體轉化為陶瓷基體，再對基體進行進一步燒結，通過先驅物的多次反復浸漬固化裂解過程，最終得到硅硼氮纖維增強硅硼氮復合材料。

PIP工藝中纖維預制體的浸漬過程中往往需要采用先真空吸注前驅體后氮氣加壓的聯動方式，以便于將流動的液體狀先驅物充分浸入纖維預制體內部。但是當前的實際操作發現，即使將放置纖維預制體的模具內真空吸注前驅體飽和后，由于聚硅硼氮烷先驅物往往具有一定粘度，液態下流動性并不高，即使施加最高可達10MPa的氮氣氣氛壓力，先驅物仍無法完全浸入預制體內部，固化過程中無法形成致密狀態預制體，使得采用PIP工藝制備的硅硼氮纖維增強硅硼氮復合材料，最終產品氣孔率仍可高達45％以上，該種情況材料的力學性能、耐熱性和介電性能均會大幅降低，從而無法獲得理想的耐高溫透波復合材料。

該種情況下，浸漬過程中若想施加更高參數的氮氣壓力，需對壓力浸漬裝備的承壓要求極高，普通設備的材料完全無法承受，且隨之帶來的設備資金投入過大，壓力由10MPa增加至15MPa，浸漬工藝所需的高壓浸漬罐設備費用往往成指數倍增加，復合材料的研制投入大大提高。對這個關鍵過程的改進，才有可能獲得高性能的硅硼氮纖維增強硅硼氮耐高溫透波復合材料。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：制備硅硼氮纖維增強硅硼氮復合材料時，固化所用的聚硅硼氮烷先驅物具有一定粘度，液態下流動性并不高，即使施加最高可達10MPa的氮氣氣氛壓力，先驅物仍無法完全浸入預制體內部，固化過程中無法形成致密狀態預制體，致密度無法明顯提高，使得采用PIP工藝制備的硅硼氮纖維增強硅硼氮復合材料，最終產品氣孔率仍可高達45％以上，該種情況材料的力學性能、耐熱性和介電性能均會大幅降低，從而無法獲得理想的耐高溫透波復合材料。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明在第一方面提供了一種聚硅硼氮烷的浸漬-固化處理方法，其包括如下步驟：