一种碳化物复合材料及其生产方法和制品技术

本发明专利技术公开了一种碳化物复合材料及其生产方法和制品，碳化物复合材料的生产方法，包括：提供预定结构的预制体，预制体包括第一纤维和聚合物树脂，预制体中第一纤维的体积含量大于10％；向预制体中注入第一溶液，第一溶液渗透到预制体中；加热处理渗入了第一溶液的预制体，形成多孔结构的碳骨架；向多孔结构的碳骨架中注入熔渗材料，熔渗材料与多孔结构的碳骨架中的碳发生熔渗反应，形成碳化物复合材料，第一纤维分散在碳化物复合材料中。本发明专利技术的生产方法生产的碳化物复合材料具有良好的高温抗氧化性和耐磨性，具有140MPa以上的弯曲强度。强度。强度。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化物复合材料及其生产方法和制品


[0001]本专利技术涉陶瓷基复合材料制备
，尤其涉及一种碳化物复合材料及其生产方法和制品。

技术介绍

[0002]陶瓷基复合材料，具有先进陶瓷材料的各种优异性能，如耐高温、抗腐蚀、高强度、高刚度和相对比重底等。同时通过高效增韧相纤维的引入，克服了陶瓷材料的固有脆性，有效提高其损伤容限和可靠性。
[0003]目前，生产纤维增韧陶瓷基复合材料以及陶瓷基复合材料结构件的方法主要包括化学气相渗透法(Chemical Vapor Infiltration
‑
CVI)、前驱体转化法(Precursor Infiltration Pyrolysis
‑
PIP)、金属熔渗法(Metal Reaction Infiltration
‑
MRI)等。
[0004]然而，现有技术中生产纤维增韧陶瓷基复合材料的方法，还存在着成本高、耗时长、产量小以及产率低等问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种碳化物复合材料及其制品的生产方法，在碳化物复合材料中加入纤维增韧，实现了熔渗材料有效均匀的熔渗，和多孔结构的预制体中的碳有效均匀的反应，制备的材料中游离碳的含量最小化，同时不会造成增强相纤维的衰退，保证和/或增加了复合材料的抗氧化和抗腐蚀性能，有效提高了所制备的材料和制品的使用寿命、质量稳定可靠性。
[0006]根据本申请的第一个方面，提供了一种碳化物复合材料的生产方法，包括以下步骤：
[0007]提供预定结构的预制体，所述预制体包括第一纤维和聚合物树脂，所述预制体中所述第一纤维的体积含量大于10％；
[0008]向所述预制体中注入第一溶液，所述第一溶液渗透到所述预制体中；
[0009]加热处理渗入了所述第一溶液的所述预制体，形成多孔结构的碳骨架；
[0010]向所述多孔结构的碳骨架中注入熔渗材料，所述熔渗材料与所述多孔结构的碳骨架中的碳发生熔渗反应，形成碳化物复合材料，所述第一纤维分散在所述碳化物复合材料中。
[0011]可选择地，所述加热处理渗入了所述第一溶液的所述预制体，包括：
[0012]持续加热渗入了所述第一溶液的所述预制体至第一温度，并保持在所述第一温度的状态第一预设时长，所述聚合物树脂碳化形成初始碳骨架，所述第一溶液气化向所述初始碳骨架外部逸出，在所述初始碳骨架中形成多个孔结构，形成多孔结构的碳骨架。
[0013]可选择地，所述第一温度高于所述第一溶液的沸点温度，所述第一溶液的沸点温度高于聚合物树脂的聚合温度。
[0014]可选择地，多个所述孔结构中的部分孔结构为纳米级和/或微米级的开放孔，多个
所述孔结构中的部分孔结构为纳米级和/或微米级的封闭孔，所述多孔结构的碳骨架为海绵状或者泡沫状的结构。
[0015]可选择地，所述第一溶液气化向所述初始碳骨架外部逸出，包括：
[0016]所述第一溶液受热气化成第一气体，部分所述第一气体逸出至所述初始碳结构的外部，其逸出路径在所述初始碳结构中形成所述孔结构；
[0017]部分所述第一气体在在逸出过程中破裂，或在所述第一预设时长的停止时刻，部分所述第一气体还未逸出至所述初始碳结构的外部，其留存在所述初始碳结构中形成所述孔结构。
[0018]可选择地，所述熔渗材料包括熔融金属和/或熔融非金属。
[0019]可选择地，所述所述熔渗材料与所述多孔结构的碳骨架中的碳发生熔渗反应，包括：
[0020]将所述多孔结构的碳骨架加热至第二温度，所述第二温度高于所述熔渗材料的熔点。
[0021]根据本申请的第二个方面，提供了一种碳化物复合材料，所述碳化物复合材料由如上述生产方法得到。
[0022]根据本申请的第三个方面，提供了一种碳化物复合材料的制品，全部或部分由上述的碳化物复合材料制成。
[0023]本专利技术的生产方法，熔渗材料注入至多孔结构的碳骨架中，熔渗材料与多个孔结构的孔壁接触，增加了熔渗材料与多孔结构的碳骨架的接触面积，提高了多孔结构的碳骨架与碳发生熔渗反应的速度，多孔结构的碳骨架中的碳最大程度的与熔渗材料反应，形成的碳化物复合材料中几乎不存在游离碳。
[0024]本专利技术的生产方法选用第一纤维与聚合物树脂形成预制体，第一纤维在熔渗过程中不参与反应，无需要对第一纤维表面做特殊处理，即可保证形成的碳化物复合材料中分散设置有第一纤维，第一纤维的存在增加了碳化物复合材料的抗氧化和抗腐蚀性能，有效提高了所制备的材料和制品的使用寿命、质量稳定性和可靠性。
[0025]本专利技术的生产方法生产的碳化物复合材料具有良好的高温抗氧化性和/或较好的耐磨性，具有140MPa以上的弯曲强度，同时在弯曲试验中，具有0.15％以上的断裂延伸率，适用于航空、航天、交通及新能源等领域。
附图说明
[0026]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0027]图1是实施例中碳化物复合材料的生产方法的流程图；
[0028]图2是实施例中形成的多孔结构的预制体的扫描电镜图；
[0029]图3是实施例中生产得到的碳化物复合材料的扫描电镜图。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征向量可以相互任意组合。
[0031]目前，生产纤维增韧陶瓷基复合材料以及陶瓷基复合材料结构件的方法主要包括化学气相渗透法(Chemical Vapor Infiltration
‑
CVI)、前驱体转化法(Precursor Infiltration Pyrolysis
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PIP)、金属熔渗法(Metal Reaction Infiltration
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MRI)等。
[0032]但是，化学气相渗透法的生产耗时极长，生产成本很高，不适合大量生产，严重限制了陶瓷基复合材料的应用范围。前驱体转化法需要处理前驱体，生产的陶瓷基复合材料的性能受处理效果影响，效果不稳定，同时生成耗时较长；金属熔渗法中碳化物的分布受到纤维复合预制体微观结构的影响，无法在大范围内有效均匀熔渗，同时无法与基体中的碳有效反应，容易形成游离碳残留在基体中，严重影响了所制备的复合材料的材料性能，特别是在高温环境下的性能，游离碳在一定温度下就会氧化，容易受到腐蚀，致使材料孔隙率上升，导致其力学与热力学性能等在结构件的实际使用状态不稳定，甚至出现性能下降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化物复合材料的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：提供预定结构的预制体，所述预制体包括第一纤维和聚合物树脂，所述预制体中所述第一纤维的体积含量大于10％；向所述预制体中注入第一溶液，所述第一溶液渗透到所述预制体中；加热处理渗入了所述第一溶液的所述预制体，形成多孔结构的碳骨架；向所述多孔结构的碳骨架中注入熔渗材料，所述熔渗材料与所述多孔结构的碳骨架中的碳发生熔渗反应，形成碳化物复合材料，所述第一纤维分散在所述碳化物复合材料中。2.如权利要求1所述的碳化物复合材料的生产方法，其特征在于，所述加热处理渗入了所述第一溶液的所述预制体，包括：持续加热渗入了所述第一溶液的所述预制体至第一温度，并保持在所述第一温度的状态第一预设时长，所述聚合物树脂碳化形成初始碳骨架，所述第一溶液气化向所述初始碳骨架外部逸出，在所述初始碳骨架中形成多个孔结构，形成多孔结构的碳骨架。3.如权利要求2所述的碳化物复合材料的生产方法，其特征在于，所述第一温度高于所述第一溶液的沸点温度，所述第一溶液的沸点温度高于聚合物树脂的聚合温度。4.如权利要求2所述的碳化物复合材料的生产方法，其特征在于，多个所述孔结构中的部分孔结构为纳米级...

【专利技术属性】
技术研发人员：施远，
申请(专利权)人：施远，
类型：发明
国别省市：