一种增强体定向排布的碳化硅复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于三维立体结构成型范围，具体涉及一种具有复杂三维结构，且增强体定向排布的SiC复合材料及其制备方法。本发明专利技术提出通过陶瓷先驱体浆料进行直写成型，获得SiCw/SiC(SiCf/SiC)的三维立体结构。本发明专利技术克服了传统制备技术无法实现晶须、纤维的定向排布和复杂三维结构制备的问题，提出了一种简单的浆料制备方法和一种快速增材制造的技术，通过交联、裂解最终可获得具有定向排布的纤维(晶须)增强碳化硅基的复杂三维立体结构陶瓷。本发明专利技术制备的三维结构的尺度范围广，构型复杂并且，其坯体内部的碳化硅晶须、碳化硅纤维具有显著的定向排布，且所得产品性能优良，便于工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种增强体定向排布的碳化硅复合材料及其制备方法
本专利技术属于三维立体结构成型范围，具体涉及一种具有复杂三维结构，且增强体定向排布的SiC复合材料及其制备方法。
技术介绍
21世纪，以航天飞机、(高)超音速导弹和可重复使用运载器为代表的(高)超音速飞行器进入了飞速发展的时代。以高速度、高可靠性为主要技术特征的(高)超音速飞行器已成为武器系统和航空航天的主要发展方向，将在未来国家安全和发展中发挥重要作用。飞行器飞行速度的提高对材料的力学性能和耐高温、抗烧蚀、抗氧化性能提出了严峻的挑战。例如，超音速导弹在高度20km、速度达到6Ma时，其表面温度将超过1500℃；如果速度达到8Ma，表面温度就将超过3100℃；战略弹道导弹弹头再入大气层时，速度大于20Ma，表面温度更高，其头锥承受着高温、大热流、高过载。而现有的金属及合金材料最高使用温度仅为1000℃左右，碳纤维增强碳化硅(Cf/SiC)复合材料的长时间使用最高温度为1650℃，由于碳元素抗氧化性很差，导致其短时间使用温度也仅为1800℃，已不能满足高超音速飞行器发展的需要，所以研发新的超高温材料迫在眉睫。其中碳化硅(SiC)具有高比强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强体定向排布的碳化硅复合材料；其特征在于：所述碳化硅复合材料的基体为碳化硅；所述增强体为碳化硅晶须和/或碳化硅短切纤维；所述增强体在基体中定向排布；所述复合材料中，增强体占复合材料总质量的5‑25％；所述复合材料通过直写成形制备。

【技术特征摘要】
1.一种增强体定向排布的碳化硅复合材料；其特征在于：所述碳化硅复合材料的基体为碳化硅；所述增强体为碳化硅晶须和/或碳化硅短切纤维；所述增强体在基体中定向排布；所述复合材料中，增强体占复合材料总质量的5-25％；所述复合材料通过直写成形制备。2.根据权利要求1所述的一种增强体定向排布的碳化硅复合材料；其特征在于：碳化硅晶须的长度为10-100微米；直径为0.1-1微米；所述碳化硅短切纤维的长度为100-1000微米；直径为5-10微米。3.一种如权利要求1或2所述增强体定向排布的碳化硅复合材料的制备方法；其特征在于；包括下述步骤：步骤一浆料的制备按设计组分配取增强体和碳化硅先驱体；将增强体、碳化硅先驱体加入到有机溶剂中；搅拌均匀后,得到在1s-1剪切速率下，粘度为1000-5000Pa·s的备用浆料；步骤二将备用浆料装入针筒中，并置于离心机中，以500r/min-3000r/min、优选为500-1000r/min的转速离心10min-30min；得到直写浆料；步骤三将装有直写浆料的针筒，连接针头、活塞和导气管，之后将整体安装在Z轴上的夹具上；然后，借助计算机辅助设计所需的三维结构的图案，通过计算机自动控制安装在Z轴上的针筒的压力,压力范围为1～1000PSI，，使浆料从针嘴流出，并沉积在按照程序移动的X-Y轴成型平台上，从而获得第一层结构；之后,Z轴精确地向上移动或旋转到结构方案确定的高度，第二层成型将在第一层结构上进行；随后，通过逐层叠加的方式，获得复杂三维立体结构，叠加打印第N层时，针头到N-1层的距离为0.1-0.3mm，当N等于1时，针头到基板的距离为0.1-0.5mm、优选为0.1-0.3mm、进一步优选为0.1mm；移动的速度为0.1～500mm/s、优选为15-30mm/s；步骤四在400℃以下，对步骤三所得复杂三维立体结构进行氧化交联；然后保护气氛下，于900℃-1400℃进行裂解，得到增强体定向排布的碳化硅复合材料。4.根据权利要求3所述的一种增强体定向排布的碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于：所述碳化硅先驱体为聚碳硅烷(PCS)，其分子量为1000-1500。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斗，陈何昊，熊慧文，赵连仲，廖晶晶，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43