一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法，包括：在透波陶瓷纤维预制件的表面，以硅烷，三氯化硼和氨气为前驱体，氢气为载气，氩气为稀释气体，进行化学气相沉积，得到具有非晶SiBNC涂层的纤维预制件；进行热处理，得到具有SiBN透波涂层的纤维预制件；置于环硼氮烷前驱体浆料中进行压力浸渍，然后裂解，得到含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料。本发明专利技术制备的含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料弯曲强度和断裂韧性高，介电性能优良，表面的硅硼氮涂层连续性和均匀性较好，不易脱落。

【技术实现步骤摘要】
一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法
本专利技术属于透波陶瓷基复合材料
，特别涉及一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法。
技术介绍
高性能透波材料广泛运用于导弹、卫星等航空航天飞行器无线电系统，是保护飞行器在恶劣环境条件下通讯、遥测、制导、引爆等系统正常工作的一种多功能介质材料。连续纤维增强透波陶瓷基复合材料具有工作温度高、抗烧蚀、性能稳定等优点，一直是国内外高温透波材料领域研究的热点。然而，透波陶瓷基复合材料在高温制备的过程中，受固态扩散的影响，在纤维与基体的界面处产生剧烈的相互作用，该过程通常会导致形成强的界面结合，使纤维增韧作用弱化从而复合材料仍然呈现脆性断裂特征。在纤维表面制备界面材料是提高陶瓷基复合材料韧性的有效方法。界面可以阻止纤维的初期失效行为，并可使基体微裂纹沿着纤维轴的方向偏转，起到传递载荷的作用。中国专利CN103664214(公开日期为2015年7月8日)公开了一种含氮化硅界面的透波复合材料的制备方法，该方法是用化学气相沉积的方法体系在氧化物纤维制备了氮化硅界面，然后进行硅溶胶浸渍工艺制备复合材料基体。该方法的优点是工艺过程简单，复合材料韧性较好，孔隙率低；缺点是氮化硅材料介电常数较高，对最终复合材料的介电性能有影响。中国专利CN104261850A(公开日期为2015年1月7日)公开了一种耐高温透波氮化硅纤维增强复合材料及其制备方法，该方法是用聚硼硅氮烷前驱体通过半数陶瓷化在增强纤维表面制备氮化硼涂层，然后再以聚硼硅氮烷为主成分进行透波复合材料基体制备。该方法的优点是复合材料的介电性能优异，耐高温性能良好，韧性得到部分提高；缺点是工艺过程相对复杂，氮化硼界面与纤维的粘结性能较差，容易出现脱落。中国专利CN103058697A(公开日期为2013年4月24日)公开了一种陶瓷基复合材料氮化硼界面相的改进方法。该方法采用化学气相沉积法制备单组分掺杂BN界面层，界面层厚度为80～500nm，方法设计性强，制备温度低，对纤维无损伤。界面耐高温、抗氧化性能好。缺点是并不适合作为透波界面材料，游离硅较多，对界面的透波性能影响较大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法，硅硼氮陶瓷兼有氮化硅陶瓷和氮化硼陶瓷材料的优点，耐高温性能和透波性能良好，综合性能优异，与多种类型无机纤维和陶瓷基体具有良好的化学相容性，是一种理想的透波陶瓷基复合材料界面材料。本专利技术的一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法，包括：(1)在透波陶瓷纤维预制件的表面，以硅烷，三氯化硼和氨气为前驱体，氢气为载气，氩气为稀释气体，进行化学气相沉积，得到具有非晶SiBNC涂层的纤维预制件；其中硅烷、三氯化硼、氨气、氢气的摩尔比为2～4：1～2：3～6：10；(2)将步骤(1)得到的具有非晶SiBNC涂层的纤维预制件进行热处理，得到具有SiBN透波涂层的纤维预制件；(3)将步骤(2)得到的具有SiBN透波涂层的纤维预制件置于环硼氮烷前驱体浆料中进行压力浸渍，然后在裂解炉中进行裂解，得到含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料。所述步骤(1)中的透波陶瓷纤维为石英纤维、高硅氧纤维、氮化硅纤维、氮化硼纤维或硅硼氮纤维中的一种或者几种。所述步骤(1)中的透波陶瓷纤维预制件采用二维机织物铺层、2.5维机织物或三维编织物形式。所述步骤(1)中的硅烷为一甲基三氯硅烷或二甲基二氯硅烷。所述步骤(1)中化学气相沉积的工艺参数为：沉积温度为650～800℃，沉积压力为200～600Pa，沉积时间为4～8h。所述步骤(1)中的非晶SiBNC涂层的厚度为600nm～1200nm。所述步骤(2)中热处理的工艺参数为：在氨气气氛下，热处理温度为600～800℃，热处理时间为1～2h。所述步骤(3)中的环硼氮烷前驱体浆料包括质量分数为20～30％的粒径为100～200nm的氮化硅纳米粉末和质量分数为40～50％的环硼氮烷前驱体，溶剂为甲苯。所述步骤(3)中压力浸渍的工艺参数为：浸渍压力4～6MPa，浸渍时间为0.5～1h。所述步骤(3)中热裂解的工艺条件为：在氨气气氛下，由室温升至250℃～400℃，升温速率为1～3℃/min，在250℃～400℃下保温1～3h，之后升温至800～1000℃，升温速率为2～5℃/min，保温2～6h。所述步骤(3)中压力浸渍、热裂解的次数为6～10次。有益效果(1)本专利技术制备得到的含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的硅硼氮涂层连续性和均匀性较好，不易脱落。(2)本专利技术制备得到的含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的弯曲强度和断裂韧性高，介电性能优良。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(1)在三维编织石英纤维预制件预制件的表面，以一甲基三氯硅烷，三氯化硼和氨气为前驱体，氢气为载气，氩气为稀释气体，在750℃，400Pa条件下化学气相沉积5h，得到具有非晶SiBNC涂层的纤维预制件；其中非晶SiBNC涂层的厚度为800nm；一甲基三氯硅烷、三氯化硼、氨气、氢气的摩尔比为3：2：6：10；(2)将步骤(1)得到的具有非晶SiBNC涂层的纤维预制件在氨气气氛下，700℃热处理2h，得到具有SiBN透波涂层的纤维预制件；(3)将步骤(2)得到的具有SiBN透波涂层的纤维预制件置于含有质量分数25％，粒径为100～200nm的氮化硅纳米粉末的环硼氮烷前驱体中在5MPa下压力浸渍0.5h，然后放入裂解炉进行高温裂解，裂解工艺为：在氨气气氛下，由室温升至300℃，升温速率为2℃/min，在300℃下保温2h，之后升温至850℃，升温速率为5℃/min，保温3h，重复压力浸渍、热裂解操作8次，最终得到孔隙率为1.8％的含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料。本实施例制备得到的含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的断裂韧性为22.3MPa·m1/2，弯曲强度为316.2MPa，介电常数和介电损耗角正切值分别为3.15和0.0013。实施例2(1)在2.5维机织氮化硅纤维预制件预制件的表面，以二甲基三氯硅烷，三氯化硼和氨气为前驱体，氢气为载气，氩气为稀释气体，在800℃，600Pa条件下化学气相沉积8h，得到具有非晶SiBNC涂层的纤维预制件；其中非晶SiBNC涂层的厚度为1000nm；二甲基三氯硅烷、三氯化硼、氨气、氢气的摩尔比为2：2：5：5；(2)将步骤(1)得到的具有非晶SiBNC涂层的纤维预制件在氨气气氛下，800℃热处理2h，得到具有SiBN透波涂层的纤维预制件；(3)将步骤(2)得到的具有SiBN透波涂层的纤维预制件置于含有质量分数35％，粒径为100～200nm的氮化硅纳米粉末的环硼氮烷前驱体中在5MPa下压力浸渍1h，然后放入裂解炉进行高温裂解，裂解工艺为：在氨气气氛下，由室温升至300℃，升温速率为2℃/min，在300℃下保温2h，之后升温至1000℃，升温速率为5℃/min，保温3h，重复压力浸渍、热裂解操作10次，最终得到孔隙率为1.5％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法，包括：(1)在透波陶瓷纤维预制件的表面，以硅烷，三氯化硼和氨气为前驱体，氢气为载气，氩气为稀释气体，进行化学气相沉积，得到具有非晶SiBNC涂层的纤维预制件；其中硅烷、三氯化硼、氨气、氢气的摩尔比为2～4：1～2：3～6：10；(2)将步骤(1)得到的具有非晶SiBNC涂层的纤维预制件进行热处理，得到具有SiBN透波涂层的纤维预制件；(3)将步骤(2)得到的具有SiBN透波涂层的纤维预制件置于环硼氮烷前驱体浆料中进行压力浸渍，然后在裂解炉中进行裂解，得到含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法，包括：(1)在透波陶瓷纤维预制件的表面，以硅烷，三氯化硼和氨气为前驱体，氢气为载气，氩气为稀释气体，进行化学气相沉积，得到具有非晶SiBNC涂层的纤维预制件；其中硅烷、三氯化硼、氨气、氢气的摩尔比为2～4：1～2：3～6：10；(2)将步骤(1)得到的具有非晶SiBNC涂层的纤维预制件进行热处理，得到具有SiBN透波涂层的纤维预制件；(3)将步骤(2)得到的具有SiBN透波涂层的纤维预制件置于环硼氮烷前驱体浆料中进行压力浸渍，然后在裂解炉中进行裂解，得到含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料。2.根据权利要求1所述一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的透波陶瓷纤维为石英纤维、高硅氧纤维、氮化硅纤维、氮化硼纤维或硅硼氮纤维中的一种或者几种。3.根据权利要求1所述一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的透波陶瓷纤维预制件采用二维机织物铺层、2.5维机织物或三维编织物形式。4.根据权利要求1所述一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的硅烷为一甲基三氯硅烷或二甲基二氯硅烷。5.根据权利要求1所述一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，刘涛，王华青，刘泽新，纪宝明，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31