超高温热结构复合材料界面层的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超高温热结构复合材料界面层的制备方法，该方法在超高温热结构复合材料的纤维和基体之间设有三层结构的复合材料界面层，自纤维向外分别为碳化硅层、多孔莫来石层、碳化硅层。碳化硅层可以防止元素扩散，保护基体与纤维性能不损失；多孔莫来石层具有优异的高温抗氧化能力，高温稳定性好，多孔结构起到诱导微裂纹偏转的作用，有效保障了纤维桥联、纤维拔出等增韧机制的发挥；多层复合界面层有利于微裂纹偏转。因此具有该界面层的超高温热结构复合材料具有优异的高温抗氧化能力和优异的高温力学性能。

Method for preparing interface layer of ultrahigh temperature thermal structure composite material

The invention provides a preparation method of ultra high temperature thermal structure composite interface layer, the method is provided with a composite interface layer three layer structure between ultra high temperature thermal structure composite fiber and matrix, since the fiber layer, porous silicon carbide outward respectively mullite, silicon carbide layer. The silicon carbide layer can prevent the diffusion of elements, the protection performance of matrix and fiber loss; porous mullite has excellent high-temperature anti-oxidation capacity, high temperature stability, porous structure to induce micro crack deflection, the effective protection of fiber bridging, fiber pull-out and toughening mechanism of the play; multilayer interface layer to micro crack deflection. Therefore, the ultrahigh temperature thermal structure composite material with the interface layer has excellent high-temperature oxidation resistance and excellent high temperature mechanical performance.

【技术实现步骤摘要】
超高温热结构复合材料界面层的制备方法
本专利技术涉及复合材料
，尤其涉及一种超高温热结构复合材料界面层的制备方法。
技术介绍
碳化硅具有优良的高温强度、高温稳定性而得到广泛关注，但单体碳化硅陶瓷韧性低，易导致材料灾难性破坏。以连续碳化硅纤维增韧碳化硅制备碳化硅纤维增强碳化硅复合材料可以明显改善单体陶瓷韧性，在高温结构材料、熔融反应堆以及高温结构吸波材料等领域具有广阔的应用前景。界面相是碳化硅纤维增强碳化硅复合材料力学性能及其他性能的实现的关键因素之一，合适的界面相、适当的界面相厚度能有效的诱导基体微裂纹偏转，使纤维桥联、纤维拔出等增韧机制得以发挥。碳化硅纤维增强碳化硅复合材料通常采用热解碳和六方氮化硼作为界面相。其中，热解碳具有特殊的层状晶体结构，制备来源广泛，与纤维和基体的相容性好，具有良好的力学性能。但是热解碳极易氧化，在高温下，当界面层全部被氧化后，纤维和基体就会被氧化形成氧化硅层，从而最终将纤维和基体粘结在一起，界面的强结合会阻止纤维的滑移和拔出，致材料表现为脆性，影响了碳化硅纤维增强碳化硅复合材料高温力学性能的发挥。此外，采用具有与热解碳相似晶体结构的六方氮化硼作为界面层，与热解碳相比，其具有较好的抗氧化性能，氧化后形成的玻璃态氧化硼能够弥补纤维基体间的间隙，阻碍氧的扩散，因此复合材料表现出较好的抗氧化性。但是六方氮化硼作界面层存在以下问题：(1)制备通常采用的气源(三氟化硼、氨)对碳化硅纤维具有腐蚀性，会导致纤维的损伤；(2)氮化硼界面相内部及其与纤维之间的结合较弱，往往需要后继高温热处理来改善其结合，但高温热处理会对碳化硅纤维，特别是会对高氧含量的碳化硅纤维造成损伤；(3)氮化硼氧化产物氧化硼在高温，特别是在高于1300℃时容易挥发损失，丧失其对氧的阻碍作用，同时液态的氧化硼会溶解碳化硅氧化形成的氧化硅，形成低熔点硅硼化合物，增加氧的扩散能力，促进碳化硅的消耗；(4)玻璃态的氧化硼或硅硼玻璃会与纤维及基体形成强结合，破坏复合材料的弱结合界面，降低复合材料的韧性。热解碳和六方氮化硼界面层均存在高温抗氧化性差的问题，严重制约了碳化硅纤维增强碳化硅复合材料高温力学性能的发挥，因此，开发抗氧化的界面相，提高碳化硅纤维增强碳化硅复合材料高温力学性能是非常有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超高温热结构复合材料界面层的制备方法，旨在解决现有技术的超高温热结构复合材料其高温抗氧化性差，制约高温力学性能发挥的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超高温热结构复合材料界面层的制备方法，包括：在初始纤维预制体的表面制备碳化硅层，制备一级纤维预制体；在所述一级纤维预制体的表面制备多孔莫来石层，制备二级纤维预制体；在所述二级纤维预制体的表面制备碳化硅层。在此基础上，进一步地，在所述一级纤维预制体的表面制备多孔莫来石层，制备二级纤维预制体的步骤，具体为：采用仲丁醇铝作为铝源，正硅酸乙酯作为硅源，乙酰乙酸乙酯作为螯合剂，将质量比为第一预定比值的仲丁醇铝、正硅酸乙酯、乙酰乙酸乙酯溶解于乙醇中，搅拌均匀，制备第一混合液；将与仲丁醇铝的质量比为第二预定比值的水加入到所述第一混合液中，搅拌均匀，制备第二混合液；将所述一级纤维预制体在所述第二混合液中进行真空浸渍，保温使其凝胶化，制备凝胶化的纤维预制体；采用高温裂解的工艺，在所述凝胶化的纤维预制体的表面制备莫来石层，制备二级纤维预制体。在此基础上，进一步地，所述第一预定比值为50:1:26。或者，进一步地，所述第二预定比值为1:2。在上述任意实施例的基础上，进一步地，所述在初始纤维预制体的表面制备碳化硅层，制备一级纤维预制体的步骤中，采用气相渗积工艺制备碳化硅层。在此基础上，进一步地，所述气相渗积工艺中，以三氯甲基硅烷为硅源。或者，进一步地，所述气相渗积工艺中，以氩气为稀释气体。或者，进一步地，所述气相渗积工艺中，渗积温度为1000℃。在上述任意实施例的基础上，进一步地，所述在所述二级纤维预制体的表面制备碳化硅层的步骤中，采用气相渗积工艺制备碳化硅层。在上述任意实施例的基础上，进一步地，所述初始纤维预制体为Hi-Nicalon纤维或Hi-NicalontypeS纤维。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种超高温热结构复合材料界面层的制备方法，该方法在超高温热结构复合材料的纤维和基体之间设有三层结构的复合材料界面层，自纤维向外分别为碳化硅层、多孔莫来石层、碳化硅层。碳化硅层可以防止元素扩散，保护基体与纤维性能不损失；多孔莫来石层具有优异的高温抗氧化能力，高温稳定性好，多孔结构起到诱导微裂纹偏转的作用，有效保障了纤维桥联、纤维拔出等增韧机制的发挥；多层复合界面层有利于微裂纹偏转。因此具有该界面层的超高温热结构复合材料具有优异的高温抗氧化能力和优异的高温力学性能。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1示出了本专利技术实施例提供的一种超高温热结构复合材料界面层的制备方法的流程图；图2示出了本专利技术实施例提供的一种复合材料氧化质量与时间的关系图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。具体实施例一如图1所示，本专利技术实施例提供了一种超高温热结构复合材料界面层的制备方法，包括：步骤S101，在初始纤维预制体的表面制备碳化硅层，制备一级纤维预制体；步骤S102，在一级纤维预制体的表面制备多孔莫来石层，制备二级纤维预制体；步骤S103，在二级纤维预制体的表面制备碳化硅层。本专利技术实施例在超高温热结构复合材料的纤维和基体之间设有三层结构的复合材料界面层，自纤维向外分别为碳化硅层、多孔莫来石层、碳化硅层。碳化硅层可以防止元素扩散，保护基体与纤维性能不损失；多孔莫来石层具有优异的高温抗氧化能力，高温稳定性好，多孔结构起到诱导微裂纹偏转的作用，有效保障了纤维桥联、纤维拔出等增韧机制的发挥；多层复合界面层有利于微裂纹偏转。因此具有该界面层的超高温热结构复合材料具有优异的高温抗氧化能力和优异的高温力学性能。本专利技术实施例对溶胶凝胶法制备多孔莫来石层的原料和方式不做限定，优选的，制备多孔莫来石层的方式可以具体为：采用仲丁醇铝作为铝源，正硅酸乙酯作为硅源，乙酰乙酸乙酯作为螯合剂，将质量比为第一预定比值的仲丁醇铝、正硅酸乙酯、乙酰乙酸乙酯溶解于乙醇中，搅拌均匀，制备第一混合液；将与仲丁醇铝的质量比为第二预定比值的水加入到第一混合液中，搅拌均匀，制备第二混合液；将一级纤维预制体在第二混合液中进行真空浸渍，加热使其凝胶化，而后采用高温裂解的工艺，在一级纤维预制体的表面制备莫来石层，制备二级纤维预制体。本专利技术实施例对铝源仲丁醇铝、硅源正硅酸乙酯、螯合剂乙酰乙酸乙酯的质量比不做限定，优选的，仲丁醇铝、正硅酸乙酯、乙酰乙酸乙酯的质量比可以为50:1:26。本专利技术实施例对用于制备第二混合液的水的质量不做限定，优选的，水和仲丁醇铝的质量比可以为1:2。本专利技术实施例对步骤S101和步骤S103中制备碳化硅层的工艺不做限定，优选的，可以采用气相渗积工艺制备碳化硅层。本专利技术实施例对气相渗积工艺参数不做限定，优选的，可以采用三氯甲基硅烷作为硅源。采用三氯甲基硅烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高温热结构复合材料界面层的制备方法，其特征在于，包括：在初始纤维预制体的表面制备碳化硅层，制备一级纤维预制体；在所述一级纤维预制体的表面制备多孔莫来石层，制备二级纤维预制体；在所述二级纤维预制体的表面制备碳化硅层。

【技术特征摘要】
1.一种超高温热结构复合材料界面层的制备方法，其特征在于，包括：在初始纤维预制体的表面制备碳化硅层，制备一级纤维预制体；在所述一级纤维预制体的表面制备多孔莫来石层，制备二级纤维预制体；在所述二级纤维预制体的表面制备碳化硅层。2.根据权利要求1所述的超高温热结构复合材料界面层的制备方法，其特征在于，在所述一级纤维预制体的表面制备多孔莫来石层，制备二级纤维预制体的步骤，具体为：采用仲丁醇铝作为铝源，正硅酸乙酯作为硅源，乙酰乙酸乙酯作为螯合剂，将质量比为第一预定比值的仲丁醇铝、正硅酸乙酯、乙酰乙酸乙酯溶解于乙醇中，搅拌均匀，制备第一混合液；将与仲丁醇铝的质量比为第二预定比值的水加入到所述第一混合液中，搅拌均匀，制备第二混合液；将所述一级纤维预制体在所述第二混合液中进行真空浸渍，保温使其凝胶化，制备凝胶化的纤维预制体；采用高温裂解的工艺，在所述凝胶化的纤维预制体的表面制备莫来石层，制备二级纤维预制体。3.根据权利要求2所述的超高温热结构复合材料界面层的制备方法，其特征在于，所述第一预定比值为50:1:26。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗瑞盈，王连毅，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11