本发明专利技术涉及碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料技术领域，且公开了一种具有界面脱粘自愈合性能的Cf/SiC复合材料，包括以下重量份数配比的原料：50～70份微米SiC粉、20～30份微米Cf粉、8～16份微米玻璃粉，其中，玻璃粉由平均粒径≤2.6um的40％wtPbO、20％wtSiO2、25％wtTiO2和15％wtB2O3组成。本发明专利技术还公开了一种具有界面脱粘自愈合性能的Cf/SiC复合材料的制备方法。本发明专利技术解决了Cf/SiC复合材料，在使用的过程中，碳化硅基体与碳纤维增韧相之间的热失配导致组分间产生界面脱粘，进而导致Cf/SiC复合材料失效的技术问题。
A Cf/SiC Composite with Interfacial Debonding and Self-healing Properties and Its Preparation Method
The invention relates to the technical field of carbon fiber reinforced silicon carbide ceramic matrix composites, and discloses a Cf/SiC composite material with interfacial debonding and self-healing properties, including raw materials of 50-70 parts of micron SiC powder, 20-30 parts of micron Cf powder and 8-16 parts of micron glass powder, in which glass powder consists of 40% wtPbO, 20% wtSiO 2 and 25% wtTi with average particle size less than 2.6um. 2% and 15% wtB2O3. The invention also discloses a preparation method of Cf/SiC composite material with interfacial debonding and self-healing properties. The invention solves the technical problem of the Cf/SiC composite material, in the process of using, the thermal mismatch between the silicon carbide matrix and the carbon fiber toughening phase causes the interfacial debonding between components, thereby leading to the failure of the Cf/SiC composite material.
【技术实现步骤摘要】
一种具有界面脱粘自愈合性能的Cf/SiC复合材料及制备方法
本专利技术涉及碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料
，具体为一种具有界面脱粘自愈合性能的Cf/SiC复合材料及制备方法。
技术介绍
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(Cf/SiC)作为高温热结构材料在航空航天领域的应用已经引起了广泛的关注，它是提高发动机燃烧室温度，进而提高能源转化率的最理想热结构材料之一。碳纤维有良好的高温力学性能和热性能，在惰性环境中超过2000℃仍能保持强度、模量等力学性能不降低。Cf/SiC复合材料则拥有良好的断裂韧性、耐磨性、低热膨胀系数、高热导率、高气化温度和良好的抗热震性能。但是，由于碳化硅基体的线膨胀系数(4.7×10-6/℃)与碳纤维增韧相的线膨胀系数(约为零)之间存在差异，随着温度的变化，尤其是Cf/SiC复合材料用作高温结构部件时，其使用环境的温度在极短的时间内变化可达上千摄氏度，所以碳化硅基体与碳纤维增韧相之间会产生热失配，热失配会导致碳纤维增韧相与碳化硅基体之间产生界面脱粘，并最终导致Cf/SiC复合材料失效。本专利技术提供一种具有界面脱粘自愈合性能的Cf/SiC复合材料及制备方法，旨在解决Cf/SiC复合材料，在使用的过程中，碳化硅基体与碳纤维增韧相之间的热失配导致组分间产生界面脱粘，进而导致Cf/SiC复合材料失效的技术问题。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种具有界面脱粘自愈合性能的Cf/SiC复合材料及制备方法，解决了Cf/SiC复合材料，在使用的过程中，碳化硅基体与碳纤维增韧相之间的热失配导致组分间产生界面脱粘，进而导致Cf/SiC复合材料失效的技术问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种具有界面脱粘自愈合性能的Cf/SiC复合材料，包括以下重量份数配比的原料：50～70份微米SiC粉、20～30份微米Cf粉、8～16份微米玻璃粉。优选的，所述玻璃粉由平均粒径≤2.6um的40％wtPbO、20％wtSiO2、25％wtTiO2和15％wtB2O3组成。一种具有界面脱粘自愈合性能的Cf/SiC复合材料的制备方法，包括以下步骤：S101.取50～70份微米SiC粉、20～30份微米Cf粉、8～16份微米玻璃粉，备用；S102.将步骤S101中的SiC粉与硅酸钠一起置于蒸馏水中，超声分散均匀；S103.将步骤S101中的Cf粉与焦磷酸钠一起置于蒸馏水中，超声分散均匀；S104.步骤S102中的SiC分散液加入到装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在600r/min的搅拌速率下，缓慢将步骤S103中的Cf分散液滴加到反应器中，滴加完毕后，于800r/min下搅拌2h，之后，在温度120℃、搅拌速率300r/min下，将溶剂蒸发除去；S105.将步骤S101中的玻璃粉与步骤S104中的粉料加入到装有搅拌器的反应器中，在800r/min下，搅拌2h；S106.将步骤S105中的粉料装入等静压橡胶模具中，在600MPa压力下压制成型，升温至2700～2800℃，并于2700～2800℃、9～15MPa下保温3h，制备得到Cf/SiC复合材料。优选的，所述步骤S106中，在600MPa压力下压制成型，升温至2800℃，并于2800℃、9MPa下保温3h。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：本专利技术在基体SiC陶瓷相和增强相Cf粉之间增加玻璃粉粘结相，在高低温的极大变化过程中，玻璃粉粘结相能够通过自身的熔融固化作用来使基体SiC陶瓷相和增强相Cf粉之间实现界面脱粘自愈合的技术目的；本专利技术制备的Cf/SiC复合材料，其拉伸强度为167～182MPa、拉伸模量为76～88GPa、弯曲强度为291～302MPa、弯曲模量为83～92GPa；与对比例中的Cf/SiC复合材料的拉伸强度143MPa、拉伸模量59GPa、弯曲强度274MPa、弯曲模量68GPa相比，取得了显著提高Cf/SiC复合材料的力学性能的技术效果。具体实施方式实施例一：上述Cf/SiC复合材料的制备方法包括以下步骤：S101.取50g平均粒度≤25um的SiC粉、30g平均粒径≤10um的Cf粉、16g平均粒径≤2.6um的玻璃粉，备用；其中，玻璃粉由40％wtPbO、20％wtSiO2、25％wtTiO2和15％wtB2O3组成；S102.将步骤S101中的SiC粉与5g硅酸钠一起置于100mL蒸馏水中，超声分散均匀；S103.将步骤S101中的Cf粉颗粒与2g焦磷酸钠一起置于30mL蒸馏水中，超声分散均匀；S104.步骤S102中的SiC分散液加入到装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在600r/min的搅拌速率下，缓慢将步骤S103中的Cf分散液滴加到反应器中，滴加完毕后，于800r/min下搅拌2h，之后，在温度120℃、搅拌速率300r/min下，将溶剂蒸发除去；S105.将步骤S101中的玻璃粉与步骤S104中的粉料加入到装有搅拌器的反应器中，在800r/min下，搅拌2h；S106.将步骤S105中的粉料装入等静压橡胶模具中，在600MPa压力下压制成型，再置于预热温度为1250℃的真空炉中，以10℃/min的升温速率，升温至2700℃，并于2800℃、15MPa下保温3h，之后以10℃/min的退火速率，降温至室温时取出，制备得到Cf/SiC复合材料。实施例二：S101.取60g平均粒度≤25um的SiC粉、20g平均粒径≤10um的Cf粉、12g平均粒径≤2.6um的玻璃粉，备用；其中，玻璃粉由40％wtPbO、20％wtSiO2、25％wtTiO2和15％wtB2O3组成；S102.将步骤S101中的SiC粉与5g硅酸钠一起置于100mL蒸馏水中，超声分散均匀；S103.将步骤S101中的Cf粉颗粒与2g焦磷酸钠一起置于30mL蒸馏水中，超声分散均匀；S104.步骤S102中的SiC分散液加入到装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在600r/min的搅拌速率下，缓慢将步骤S103中的Cf分散液滴加到反应器中，滴加完毕后，于800r/min下搅拌2h，之后，在温度120℃、搅拌速率300r/min下，将溶剂蒸发除去；S105.将步骤S101中的玻璃粉与步骤S104中的粉料加入到装有搅拌器的反应器中，在800r/min下，搅拌2h；S106.将步骤S105中的粉料装入等静压橡胶模具中，在600MPa压力下压制成型，再置于预热温度为1250℃的真空炉中，以10℃/min的升温速率，升温至2800℃，并于2800℃、9MPa下保温3h，之后以10℃/min的退火速率，降温至室温时取出，制备得到Cf/SiC复合材料。实施例三：S101.取70g平均粒度≤25um的SiC粉、20g平均粒径≤10um的Cf粉、8g平均粒径≤2.6um的玻璃粉，备用；其中，玻璃粉由40％wtPbO、20％wtSiO2、25％wtTiO2和15％wtB2O3组成；S102.将步骤S101中的SiC粉与5g硅酸钠一起置于100mL蒸馏水中，超声分散均匀；S103.将步骤S101中的Cf粉颗粒与2g焦磷酸钠一起置于30mL蒸馏水中，超声分散均匀；S104.步骤S102中的SiC分散液本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有界面脱粘自愈合性能的Cf/SiC复合材料，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：50～70份微米SiC粉、20～30份微米Cf粉、8～16份微米玻璃粉。
【技术特征摘要】
1.一种具有界面脱粘自愈合性能的Cf/SiC复合材料，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：50～70份微米SiC粉、20～30份微米Cf粉、8～16份微米玻璃粉。2.根据权利要求1所述的Cf/SiC复合材料，其特征在于，所述玻璃粉由平均粒径≤2.6um的40％wtPbO、20％wtSiO2、25％wtTiO2和15％wtB2O3组成。3.一种具有界面脱粘自愈合性能的Cf/SiC复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S101.取50～70份微米SiC粉、20～30份微米Cf粉、8～16份微米玻璃粉，备用；S102.将步骤S101中的SiC粉与硅酸钠一起置于蒸馏水中，超声分散均匀；S103.将步骤S101中的Cf粉与焦磷酸钠一起置于蒸馏水中，超声分散均匀；S104.步骤S102中的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王小玲，
申请(专利权)人：王小玲，
类型：发明
国别省市：广西,45
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