一种PCS/LPVCS组合使用制备SiC制造技术

本发明专利技术提供了一种PCS/LPVCS组合使用制备SiCf/SiC复合材料的方法，该方法利用PIP工艺制备SiC

【技术实现步骤摘要】
一种PCS/LPVCS组合使用制备SiCf/SiC复合材料的方法
本专利技术属于高温复合材料领域，具体涉及一种PCS/LPVCS组合使用制备SiCf/SiC复合材料的方法。
技术介绍
SiCf/SiC复合材料具有高强度、高模量、耐高温、耐氧化、抗蠕变等优异性能，在航空航天、核聚变等领域有广泛的应用。尤其是由于SiCf/SiC复合材料优异的耐高温抗氧化性能，可以应用于高温有氧环境，在航空发动机领域，SiCf/SiC复合材料是实现航空发动机减重增效的关键材料，航空发动机热端部件使用SiCf/SiC复合材料，其重量可以减轻70％，使用温度可以提高200℃以上。GE、罗罗、赛峰、普惠等航空发动机公司已实现SiCf/SiC复合材料航空发动机部件的应用。现有的SiCf/SiC复合材料制备方法包括先驱体浸渍裂解(Precursorinfiltrationpyrolysis，PIP)工艺、化学气相渗透(Chemicalvaporinfiltration，CVI)工艺、熔融渗硅(Meltinfiltration，MI)工艺等。PIP法具有先驱体分子可设计、设备简单、能制备复杂构件的特点，是目前制备Cf/SiC复合材料的主要工艺之一。现有PIP法制备SiC陶瓷所用原料主要是聚碳硅烷(Polycarbosilane,PCS),其成本高，而且由于其本身是固体，且分子骨架内部存在空间位阻效应，导致浸渍效率低，降低了生产效率。另一方面液态聚乙烯基硅烷(Polyvinylcarbosilane,LPVCS)单独作为原料使用时，由于其氧含量过高，导致所得陶瓷产物中氧含量难以降低至10％以下，将大大影响其耐高温和抗氧化性能，从而限制其应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种PCS/LPVCS组合使用先驱体转化制备SiCf/SiC复合材料的方法，以解决现有PIP制备方法中存在的SiCf/SiC复合材料含氧量高、原料渗透进入骨架效率低问题、成本高的技术问题。本专利技术提供的一种PCS/LPVCS组合使用先驱体转化制备SiCf/SiC复合材料的方法，包括以下步骤：(1)按质量比为0.5～4：1将聚碳硅烷溶解于二甲苯中，配置成聚碳硅烷溶液；(2)对SiC纤维织物进行预处理，所述预处理处理条件为：在马弗炉中，静态空气条件下以60～300℃/h的速度升温至500～600℃，保温0.5～2h；(3)真空度小于1000Pa条件下，将预处理后的SiC纤维织物浸渍于所述聚碳硅烷溶液中，维持真空浸渍时间0.5～12h后取出自然晾干，晾干时间0.5～6h得到晾干织物；(4)在惰性气氛保护条件下，将所述晾干织物以60～300℃/h的速度升温至1000～1400℃，保温1～2h，冷却至室温后称重，计算周期增重率；(5)重复步骤(3)～(4)，直至所述周期增重率小于20％，得到复合材料中间产物；(6)真空度小于1000Pa条件下，将所述复合材料中间产物浸渍于含催化剂的液态聚乙烯基硅烷中，维持真空浸渍时间0.5～12h后取出，置于烘箱中，以30～60℃/h的速度升温至250～300℃，保温1～2h，冷却至室温后取出，得到烘干织物，所述催化剂为质量分数为10-100ppm的氯铂酸乙醇溶液；氯铂酸(H2Pt2Cl6·6H2O)，；(7)将所述烘干织物置于高温炉中，在惰性气氛保护条件下以60～300℃/h的速度升温至1000～1400℃，保温1～2h，冷却至室温后称重，计算周期增重率；(8)重复步骤(6)～(7)，直至周期增重率小于1％，得到所述SiCf/SiC复合材料。此处的周期是指(3)～(4)步骤或(6)～(7)步骤，以进入该周期的原料为周期原料，以完成一次周期所得产物为周期产物。周期增重率是指，周期产物质量与周期原料质量的差值除以周期原料的质量乘以百分之百。显然惰性气氛可以为纯度为99.999％的氮气、氩气或氦气。本专利技术通过将两种原料联合使用，既保证了所得复合材料的性能，又提高了浸渍效率。采用该方法，能有效降低空间位阻对渗入SiC纤维织物内部孔洞中的PCS的阻挡作用，提高整体浸渍效率，有效减少周期浸渍次数，提高生产效率。同时前数个周期浸渍量大，基体中主要是氧含量低的SiC基体避免了在SiC纤维织物内部形成含氧量过高的SiC陶瓷基体，从而降低所得复合材料的耐高温和抗氧化性能。优选的，所述聚碳硅烷与所述二甲苯按质量比为1～2：1混合。按此进行能有效提高PCS对纤维内部的渗透。优选的，所述催化剂为质量分数为10～30ppm的氯铂酸乙醇溶液。按此进行能有效提高LPVCS的交联程度和陶瓷产率，提高生产效率。优选的，所述步骤(3)和/或(6)中的真空度小于50Pa且维持真空浸渍时间3～6h。按此进行能有效节约生产成本，提高效率的同时，保持所得复合材料的各项性能，达到所需要求。优选的，所述步骤(4)的条件为：将所述晾干织物以240～300℃/h的速度升温至1000～1200℃，保温1h；所述步骤(7)的条件为：将所述烘干织物以240～300℃/h的速度升温至1000～1200℃，保温1h。按此进行能得到力学性能最优的SiCf/SiC复合材料。优选的，所述预处理处理条件为在马弗炉中，静态空气条件下以240～300℃/h的速度升温至500℃，保温1h。按此处理能在不降低SiC纤维织物性能的同时有效去除织物表面上浆剂，改善PCS和LPVCS浸渍效果。优选的，所述晾干时间为1～2h。优选的，所述烘干步骤的条件为：以60℃/h的速度升温至250～300℃，保温1～2h。优选的，所述SiC纤维织物为SiC二维平纹布织物、SiC缎纹布织物，SiC纤维毡、SiC2.5D编织物、SiC二维穿刺织物、SiC三维四向编织物、SiC三维五向编织物或SiC三维六向编织物中任一种。优选的，所述惰性气氛为纯度99.999％的氮气。相对现有技术所具有的技术效果：本专利技术提供的PCS/LPVCS组合使用先驱体转化制备SiCf/SiC复合材料的方法，通过依序采用PCS和LPVCS先驱体对骨架进行浸渍裂解，从而降低了所用原料的成本，降低了所得SiCf/SiC复合材料的含氧量。本专利技术提供的PCS/LPVCS组合使用先驱体转化制备SiCf/SiC复合材料的方法，以SiC纤维织物为增强体，根据PCS和LPVCS先驱体的不同特性，利用PIP工艺制备SiCf/SiC复合材料时增重率随周期数增加而降低的特点，在前数个周期使用PCS，前数个增重较快的周期采用PCS浸渍裂解，后数个周期采用LPVCS浸渍裂解，制备SiCf/SiC复合材料。附图说明图1是本专利技术优选实施例1中A2样品制备过程的增重曲线。图2是本专利技术优选实施例1中A2样品三点弯曲强度测试后断面的SEM曲线其中，a)为放大200倍的照片；b)为放大50倍的照片。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明。实施例以下各实施例中物料均为市售。实施例1(1)将PCS溶解于一定量的二甲苯中，配置成PCS/二甲苯溶液，聚碳硅烷与二甲苯质量比为1：1；(2)将氯铂酸(H2Pt2Cl6·6H2O)溶解于无水乙醇中，作为催化剂加入LPVCS中，催化剂的质量分数控制在20ppm；(3)选用SiC纤维三维四向编织物为增强体，对SiC纤维织物进行高温处理，去除表面上浆剂，处理条件为：在马本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PCS/LPVCS组合使用先驱体转化制备SiCf/SiC复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按质量比为0.5～4：1将聚碳硅烷溶解于二甲苯中，配置成聚碳硅烷溶液；(2)对SiC纤维织物进行预处理，所述预处理处理条件为：在马弗炉中，静态空气条件下以60～300℃/h的速度升温至500～600℃，保温0.5～2h；(3)真空度小于1000Pa条件下，将预处理后的SiC纤维织物浸渍于所述聚碳硅烷溶液中，维持真空浸渍时间0.5～12h后取出自然晾干，晾干时间0.5～6h得到晾干织物；(4)在惰性气氛保护条件下，将所述晾干织物以60～300℃/h的速度升温至1000～1400℃，保温1～2h，冷却至室温后称重，计算周期增重率；(5)重复步骤(3)～(4)，直至所述周期增重率小于20％，得到第一纤维织物；(6)真空度小于1000Pa条件下，将所述第一纤维织物浸渍于含催化剂的液态聚乙烯基硅烷中，维持真空浸渍时间0.5～12h后取出，置于烘箱中，以30～60℃/h的速度升温至250～300℃，保温1～2h，冷却至室温后取出，得到烘干织物，所述催化剂为质量分数为10～100ppm的氯铂酸乙醇溶液；(7)将所述烘干织物置于高温炉中，在惰性气氛保护条件下以60～300℃/h的速度升温至1000～1400℃，保温1～2h，冷却至室温后称重，计算周期增重率；(8)重复步骤(6)～(7)，直至周期增重率小于1％，得到所述SiCf/SiC复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种PCS/LPVCS组合使用先驱体转化制备SiCf/SiC复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按质量比为0.5～4：1将聚碳硅烷溶解于二甲苯中，配置成聚碳硅烷溶液；(2)对SiC纤维织物进行预处理，所述预处理处理条件为：在马弗炉中，静态空气条件下以60～300℃/h的速度升温至500～600℃，保温0.5～2h；(3)真空度小于1000Pa条件下，将预处理后的SiC纤维织物浸渍于所述聚碳硅烷溶液中，维持真空浸渍时间0.5～12h后取出自然晾干，晾干时间0.5～6h得到晾干织物；(4)在惰性气氛保护条件下，将所述晾干织物以60～300℃/h的速度升温至1000～1400℃，保温1～2h，冷却至室温后称重，计算周期增重率；(5)重复步骤(3)～(4)，直至所述周期增重率小于20％，得到第一纤维织物；(6)真空度小于1000Pa条件下，将所述第一纤维织物浸渍于含催化剂的液态聚乙烯基硅烷中，维持真空浸渍时间0.5～12h后取出，置于烘箱中，以30～60℃/h的速度升温至250～300℃，保温1～2h，冷却至室温后取出，得到烘干织物，所述催化剂为质量分数为10～100ppm的氯铂酸乙醇溶液；(7)将所述烘干织物置于高温炉中，在惰性气氛保护条件下以60～300℃/h的速度升温至1000～1400℃，保温1～2h，冷却至室温后称重，计算周期增重率；(8)重复步骤(6)～(7)，直至周期增重率小于1％，得到所述SiCf/SiC复合材料。2.根据权利要求1所述的PCS/LPVCS组合使用先驱体转化制备SiCf/SiC复合材料的方法，其特征在于，所述聚碳硅烷与所述二甲苯按质量比为1～2：1混合。3.根据权利要求2所述的PCS/LPVCS组合使用先驱体转化制备SiCf/SiC复合材料的方法，其特征在于，所述催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：简科，史云良，王军，王浩，邵长伟，王小宙，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43