The invention relates to a carbon fiber/nanofibers synergistic toughening ceramic matrix composite and a preparation method thereof. The preparation method introduces carbon nanotubes and SiC nanowires into carbon fibers by sizing process, weaves multi-scale preforms by textile forming method, and densifies ceramic matrix by chemical vapor infiltration method, reactive melting infiltration method, first body impregnation pyrolysis method, etc., to prepare carbon fibers. The preparation method of the invention enables the multi-scale structure of carbon fibers/carbon nanotubes/SiC nanowires to give full play to the scale effect and synergize the strong and tough ceramic matrix composites to prepare multi-scale preforms by sizing process, which can satisfy the mass production of large-scale and special-shaped structural parts without damaging the properties of carbon fibers and solve many problems. The introduction of nanofibers at the same time realizes the control of the content and distribution of doped nanofibers. It has the advantages of simple equipment, easy process control and low cost, and is conducive to large-scale industrial production.
【技术实现步骤摘要】
碳纤维/纳米纤维协同强韧陶瓷基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷基复合材料
,具体涉及一种碳纤维/纳米纤维协同强韧陶瓷基复合材料及其制备方法。
技术介绍
先进陶瓷基复合材料被认为是航空航天领域,在高温、强气流冲刷、腐蚀和高应力振动载荷等服役环境下,较理想的热结构材料之一。碳纤维增强陶瓷基复合材料是采用高强度、高弹性的碳纤维增强陶瓷基体,兼具了碳纤维良好的高温力学性能和陶瓷基体的高温抗氧化性能,在航空航天热结构部件中得到广泛应用,在战略导弹、多用途导弹的喷管以及航天飞机热防护系统、固体火箭发动机导流管等领域也展现出广阔的应用前景,除此之外还应用于核聚变第一壁、液体火箭发动机、导弹端头帽及卫星窗框等。然而,陶瓷基体脆性大易产生裂纹乃至断裂导致材料失效,陶瓷基复合材料结构件的深度应用与材料装备的需求发展,迫切需要该材料强度和韧性力学性能的提升。通过在陶瓷基复合材料中加入颗粒、晶须及纤维等改性,能够抑制裂纹的扩展进而达到补强增韧目的,是获取材料优良性能行之有效的方法。随着纳米材料的发展,其改性复合材料领域也是近年来研究的热点。中国专利CN101284423B公开了一种碳纳米管/碳纤维多尺度混杂复合材料的制备方法,该方法采用超声波辅助电化学沉积的方法制备纳米复合纤维预制体,然后,在超声波和直流电场的双重作用下,按照复合材料液体模塑工艺(LCM)成型,如树脂传递模塑(RTM)、树脂膜熔渗(RFI),使碳纳米管分散并沿电场方向取向,制得多尺度混杂复合材料;随后中国专利CN104327454B又公开了一种碳纳米管/连续纤维混杂增强复合材料的制备方法,该方法通过 ...
【技术保护点】
1.一种碳纤维/纳米纤维协同强韧陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)碳纤维上浆前处理:前处理工作液为乙醇和水的混合溶液,前处理工作液置于浆料槽中,通过浆纱机,经风箱烘干,卷绕,制得呈压扁状的碳纤维束;(2)浆液制备:在蒸馏水中分别加入纳米纤维、异丙醇、氧化淀粉、聚乙烯醇、油脂,异丙醇与纳米纤维的固体质量比为5:1~20:3,所述纳米纤维包括碳纳米管、SiC纳米线中的一种或两种组合,混合超声分散均匀,制得浆液;(3)碳纤维上浆:将步骤(1)中制得的碳纤维束穿过浆纱机,将步骤(2)中制得的浆液置于浆料槽中,打开风箱,通过浆纱机上浆,烘干卷绕备用;(4)碳纤维后处理:对步骤(3)中制得的碳纤维进行微加捻处理,捻度为1~10捻/米;(5)根据需要选择重复步骤(3)与步骤(4)2~10次;(6)多尺度预制体制备:将步骤(5)制得碳纤维通过织机进行织造,制得多尺度预制体;(7)复合材料制备:将步骤(6)制得的多尺度预制体进行陶瓷基体致密化,制得碳纤维/纳米纤维协同强韧陶瓷基复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种碳纤维/纳米纤维协同强韧陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)碳纤维上浆前处理:前处理工作液为乙醇和水的混合溶液,前处理工作液置于浆料槽中,通过浆纱机,经风箱烘干,卷绕,制得呈压扁状的碳纤维束;(2)浆液制备:在蒸馏水中分别加入纳米纤维、异丙醇、氧化淀粉、聚乙烯醇、油脂,异丙醇与纳米纤维的固体质量比为5:1~20:3,所述纳米纤维包括碳纳米管、SiC纳米线中的一种或两种组合,混合超声分散均匀,制得浆液;(3)碳纤维上浆:将步骤(1)中制得的碳纤维束穿过浆纱机,将步骤(2)中制得的浆液置于浆料槽中,打开风箱,通过浆纱机上浆,烘干卷绕备用;(4)碳纤维后处理:对步骤(3)中制得的碳纤维进行微加捻处理,捻度为1~10捻/米;(5)根据需要选择重复步骤(3)与步骤(4)2~10次;(6)多尺度预制体制备:将步骤(5)制得碳纤维通过织机进行织造,制得多尺度预制体;(7)复合材料制备:将步骤(6)制得的多尺度预制体进行陶瓷基体致密化,制得碳纤维/纳米纤维协同强韧陶瓷基复合材料。2.根据权利要求1所述的碳纤维/纳米纤维协同强韧陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述混合溶液的浓度为10~65%,所述浆料槽的温度为25~80℃,所述卷绕的速度为10~100m/min,所述烘干的温度为55~80℃。3.根据权利要求1所述的碳纤维/纳米纤维协同强韧陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述浆液的各组分重量百分比:碳纳米管0.1~10wt.%,SiC纳米线0.1~10wt.%,聚乙烯醇0.1~3wt.%,氧化淀粉0.1~3wt.%,蒸馏水80~94wt.%,油脂0.01~2wt.%,异丙醇0.1~19wt.%。4.根据权利要求1-3任一项所述的碳纤维/纳米纤维协同强韧陶瓷基复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(6)中所述多尺度预制体的织造方法包括机织、针织、编织中的一种或多种,所述碳纤维的体积含量...
【专利技术属性】
技术研发人员:黎云玉,郭晨,尹伊秋,谢光银,刘毅,孙润军,陈君妍,
申请(专利权)人:西安工程大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。