一种含SiBNC-PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术属于材料制备方法技术领域，公开了一种含SiBNC‑PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将SiC纤维制成2.5维机织或者3维编织预制件，在SiC纤维预制件表面采用化学气相沉积的方法先后重复制备热解碳层(PyC层)和SiBNC层，使得SiBNC‑PyC复合涂层的厚度达到400～800nm；将含有SiBNC‑PyC复合涂层的SiC纤维预制件浸渍于聚碳硅烷甲苯溶液中，取出后进行干燥及裂解处理工艺；重复浸渍‑干燥‑裂解工艺8～12次，得到致密的含SiBNC‑PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料。本发明专利技术制备工艺简单，复合材料弯曲强度和断裂韧性高，有着优异的高温抗氧化性能、热稳定性能和耐烧蚀性性能。

Fabrication of SiCf/SiC Ceramic Matrix Composites Containing SiBNC-PyC Composite Interface

The invention belongs to the technical field of material preparation method, and discloses a preparation method of SiCf/SiC ceramic matrix composites containing SiBNC PyC composite interface, which includes the following steps: making SiC fibers into 2.5-dimensional woven or 3-dimensional braided preforms, and repeatedly preparing heat on the surface of SiC fibers preforms by chemical vapor deposition method. The thickness of SiBNC-PyC composite coating can reach 400-800 nm by decomposition layer (PyC layer) and SiBNC layer; SiC fiber preforms containing SiBNC-PyC composite coating are immersed in polycarbosilane-toluene solution, then dried and cracked after extraction; the dense SiBNC-containing preforms are obtained by repeated impregnation-drying-pyrolysis process 8-12 times. SiCf/SiC ceramic matrix composites with PyC composite interface. The invention has simple preparation process, high flexural strength and fracture toughness of the composite material, excellent high temperature oxidation resistance, thermal stability and ablation resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种含SiBNC-PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料的制备方法
本专利技术属于材料制备
，尤其涉及陶瓷基复合材料制备
，具体涉及一种含SiBNC-PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料的制备方法。
技术介绍
SiC陶瓷材料是一种强共价键结合的化合物，具有高硬度、高耐磨性、耐腐蚀性、耐高温、抗氧化等一系列优异性能，在航空航天、能源、机械电子等领域受到广泛的关注。尤其在航空航天领域，SiC陶瓷具有替代高温合金用于高温结构材料的潜力。然而，由于陶瓷材料本征的脆性，韧性极低，易引起材料灾难性破坏，严重影响其作为高温结构材料的应用可靠性。利用SiC纤维增强SiC陶瓷制备SiCf/SiC陶瓷基复合材料，在受到载荷作用过程中，内部裂纹可以发生弯曲或者偏转，SiC纤维可以脱粘以及拔出，强度和韧性相对单体SiC陶瓷显著提高。SiCf/SiC陶瓷基复合材料因优异的高温力学性能、热稳定性、抗氧化性、耐烧蚀性而在熔融核反应堆，液体火箭发动机尾喷管，燃烧室内衬等方面具有广阔的应用前景。纤维增强陶瓷基复合材料的界面可以有效的传递纤维与基体之间的载荷，还可以使得基体裂纹偏转，纤维脱粘和拔出等增韧机制的生效，对SiCf/SiC陶瓷基复合材料的力学性能具有显著影响。具有层状晶结构的热解碳(PyC)以及氮化硼(BN)是两种常见可以明显改善SiCf/SiC陶瓷基复合材料力学性能的界面材料，然而由于PyC界面相高温抗氧化性能差，BN在高温氧化环境下会生成B2O3，限制了二者在高温氧化环境下的使用。难熔氧化物SiO2、Al2O3、ZrO2等也被用来作为SiCf/SiC陶瓷基复合材料的界面相材料，但是高温下氧化物会与SiC纤维中的自由碳反应，从而造成SiC力学性能的降低，从而影响最终SiCf/SiC复合材料的力学性能。SiBNC四元陶瓷材料在1700℃以下不晶化，在2000℃失重率低，具有非常高的组织稳定性，在1700℃空气中的抗氧化性能远好于SiC，是理想的抗氧化保护涂层材料之一。
技术实现思路
本专利技术提供一种含SiBNC-PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，用于解决现有技术中PyC界面相在高温氧化环境下的抗氧化性能差，制备的复合材料弯曲强度以及断裂韧性低的技术问题；同时，本专利技术还能解决先有的含SiBNC-PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料的高温抗氧化性能、热稳定性能和耐烧蚀性性能差的问题。本专利技术所采用的技术方案为：一种含SiBNC-PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，为解决现有的问题，包括以下步骤：S1：将SiC纤维预制件置于化学气相沉积炉中，升温至900～1000℃，以丙烷为碳源，用氮气作为载气，在SiC纤维预制件表面制备一定厚度的PyC层；S2：将化学气相沉积炉升温至1000～1200℃，以氢气和氨气为混合气载入三氯甲基硅烷和三氯化硼，氩气作为稀释气体，在含有PyC的SiC纤维纤维预制件表面沉积一定厚度的SiBNC层，得到含SiBNC-PyC复合涂层的SiC纤维预制件；S3：重复步骤(1)～(2)2～3次，使得SiC纤维预制件表面的SiBNC-PyC复合涂层的厚度达到400～800nm；S4：将聚碳硅烷溶解于甲苯中制成聚碳硅烷甲苯溶液，其中聚碳硅烷的质量分数为50～70％；S5：将步骤(3)得到含SiBNC-PyC复合涂层的SiC纤维预制件放置在步骤(4)中的聚碳硅烷甲苯溶液中，充分浸渍，浸渍压力为3～6MPa；S6：将聚碳硅烷溶液浸渍后的SiC纤维预制件放置在100～120℃烘箱中干燥处理1～2h；S7：将干燥处理后的复合材料放置在N2保护的裂解炉中以3～8℃的速率升温至1200～1400℃裂解1～2h；S8：重复步骤(5)～(7)8～12次，得到致密的含SiBNC-PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料。进一步的，步骤(1)中纤维预制件的形式为2.5维机织或者3维编织预制件，纤维体积分数为35～50％。进一步的，步骤(1)中丙烷的流量为20～30ml/min，氮气的流量为20～40ml/min。进一步的，步骤(1)中PyC层的厚度为50～150nm。进一步的，步骤(2)中氢气和氨气的体积比为1：(1.5～2.5)，混合气流量为300～500ml/min，氩气流量为200～400ml/min。进一步的，步骤(2)中，三氯甲基硅烷和三氯化硼的总流量为100～150ml/min，摩尔比为(1.5～2)：1。进一步的，步骤(2)中，SiBNC层的厚度为100～300nm。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术制备工艺简单；在高温氧化环境下，PyC未出现明显的氧化现象，制备的复合材料弯曲强度以及断裂韧性高。(2)本专利技术制备的含SiBNC-PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料有着优异的高温抗氧化性能、热稳定性能和耐烧蚀性性能。附图说明图1是本专利技术和现有技术分别制得的复合材料在不同烧结温度下得到的TGA曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1：一种含SiBNC-PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤，1：将45％纤维体积分数的SiC3维编织预制件放入化学沉积炉中，用流速为30ml/min氮气作为载气将将丙烷以20ml/min的流速引入炉体，在800℃的温度下通过化学气相沉积法在SiC纤维预制件表面制备厚度为60nm的PyC层；2：将化学气相沉积炉温度升至1100℃，用流速为400ml/min体积比为1:1的氢气和氨气的混合气体作为载气将摩尔比为2:1的三氯甲基硅烷和三氯化硼的混合气体以140ml/min的流速引入炉体，并往炉中通入300ml/min的氩气作为保护气体，在含有PyC涂层的SiC纤维纤维预制件表面沉积厚度为120nm的SiBNC涂层；3：重复步骤(1)和步骤(2)2次，使得SiC纤维预制件表面的SiBNC-PyC复合涂层的厚度达到540nm；4：将聚碳硅烷溶解于甲苯中制成质量分数为60％聚碳硅烷甲苯溶液；5：将步骤(3)得到含SiBNC-PyC复合涂层的SiC纤维预制件放入质量分数为60％聚碳硅烷甲苯溶液中，在压力为5MPa的状态下使其充分浸渍，后在烘箱中在110℃温度下干燥2h；6：将干燥处理后的复合材料放入裂解炉中，在氮气的保护下以5℃/min升温至1300℃并在该温度下裂解2h；7：重复步骤(5)和步骤(6)8次，得到致密的含SiBNC-PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料。实施例2：一种含SiBNC-PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤，1：将纤维体积分数为48％的SiC2.5维机织预制件放入化学沉积炉中，用流速为20ml/min氮气作为载气将作为碳源的丙烷以30ml/min的流速引入炉体，在1000℃的温度下通过化学气相沉积法在SiC纤维预制件表面制备厚度为100nm的PyC层；2：将化学气相沉积炉温度升至1200℃，用流速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含SiBNC‑PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：将SiC纤维制成纤维预制件的形式，置于化学气相沉积炉中，升温至900～1000℃，以丙烷为碳源，用氮气作为载气，在SiC纤维预制件表面制备一定厚度的PyC层；S2：将化学气相沉积炉升温至1000～1200℃，以氢气和氨气为混合气载入三氯甲基硅烷和三氯化硼，氩气作为稀释气体，在含有PyC的SiC纤维纤维预制件表面沉积一定厚度的SiBNC层，得到含SiBNC‑PyC复合涂层的SiC纤维预制件；S3：重复步骤(1)～(2)2～3次，使得SiC纤维预制件表面的SiBNC‑PyC复合涂层的厚度达到400～800nm；S4：将聚碳硅烷溶解于甲苯中制成聚碳硅烷甲苯溶液，其中聚碳硅烷的质量分数为50～70％；S5：将步骤(3)得到含SiBNC‑PyC复合涂层的SiC纤维预制件放置在步骤(4)中的聚碳硅烷甲苯溶液中，充分浸渍，浸渍压力为3～6MPa；S6：将聚碳硅烷溶液浸渍后的SiC纤维预制件放置在100～120℃烘箱中干燥处理1～2h；S7：将干燥处理后的复合材料放置在N2保护的裂解炉中以3～8℃的速率升温至1200～1400℃裂解1～2h；S8：重复步骤(5)～(7)8～12次，得到致密的含SiBNC‑PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种含SiBNC-PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：将SiC纤维制成纤维预制件的形式，置于化学气相沉积炉中，升温至900～1000℃，以丙烷为碳源，用氮气作为载气，在SiC纤维预制件表面制备一定厚度的PyC层；S2：将化学气相沉积炉升温至1000～1200℃，以氢气和氨气为混合气载入三氯甲基硅烷和三氯化硼，氩气作为稀释气体，在含有PyC的SiC纤维纤维预制件表面沉积一定厚度的SiBNC层，得到含SiBNC-PyC复合涂层的SiC纤维预制件；S3：重复步骤(1)～(2)2～3次，使得SiC纤维预制件表面的SiBNC-PyC复合涂层的厚度达到400～800nm；S4：将聚碳硅烷溶解于甲苯中制成聚碳硅烷甲苯溶液，其中聚碳硅烷的质量分数为50～70％；S5：将步骤(3)得到含SiBNC-PyC复合涂层的SiC纤维预制件放置在步骤(4)中的聚碳硅烷甲苯溶液中，充分浸渍，浸渍压力为3～6MPa；S6：将聚碳硅烷溶液浸渍后的SiC纤维预制件放置在100～120℃烘箱中干燥处理1～2h；S7：将干燥处理后的复合材料放置在N2保护的裂解炉中以3～8℃的速率升温至1200～1400℃裂解1～2h；S8：重复步骤(5)～(7)8～12次，得到致密的含SiBNC-PyC复合界面的SiCf/SiC陶瓷基复合材料。2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：成都成维精密机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51