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，生产方法包括：将含碳颗粒与第一纤维按照预定比例混合，第一纤维分散在含碳颗粒中形成混合粉体；将混合粉体压制成预定形状，形成预制体，预制体中第一纤维的体积含量大于10％；热解处理预制体，预制体中的含碳颗粒碳化形成具有多孔结构的碳骨架，第一纤维分散在多孔结构的碳骨架中；向多孔结构的碳骨架中灌注熔渗材料，并加热多孔结构的碳骨架，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增韧碳化物复合材料。本发明专利技术的生产方法制得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。度。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]本专利技术涉及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生产方法，熔渗材料有效均匀的熔渗到多孔结构的预制体中，与多孔结构的预制体中的碳有效均匀的反应，可使所制备材料中游离碳的含量最小化，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，有效提高了所制备材料和构件的使用寿命、质量稳定可靠性。
[0006]根据本专利技术的第一个方面，提供了一种碳化物复合材料的生产方法，包括：
[0007]将含碳颗粒与第一纤维按照预定比例混合，所述第一纤维分散在所述含碳颗粒中形成混合粉体；
[0008]将所述混合粉体压制成预定形状，形成预制体，所述预制体中第一纤维的体积含量大于10％；
[0009]热解处理所述预制体，所述预制体中的所述含碳颗粒碳化形成具有多孔结构的碳骨架，所述第一纤维分散在所述多孔结构的碳骨架中；
[0010]向所述多孔结构的碳骨架中灌注熔渗材料，并加热所述多孔结构的碳骨架，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增韧所述碳化物复合材料。
[0011]可选择地，所述热解处理所述预制体，包括：
[0012]将所述预制体加热至第一温度，并保持所述预制体处于所述第一温度的状态第一预设时长，其中，所述第一温度大于所述含碳颗粒的碳化温度。
[0013]可选择地，在所述第一温度下，所述含碳颗粒中的部分成分受热分解生成气态产物，所述气态产物从所述预制体向外逸出时在所述预制体中形成多个孔结构，所述含碳颗粒未被分解的部分成分碳化形成所述多孔结构的碳骨架，所述多孔结构的碳骨架保留了多
个所述孔结构。
[0014]可选择地，多个所述孔结构中的部分所述孔结构为纳米级和/或微米级的开放孔；另一部分所述孔结构为纳米级和/或微米级的封闭孔。
[0015]可选择地，在所述预制体中，所述含碳颗粒和所述第一纤维之间形成有初始孔隙。
[0016]可选择地，所述所述气态产物从所述预制体向外逸出形成多个孔结构，包括：
[0017]部分所述气态产物沿着所述初始孔隙从所述预制体中逸出，将所述初始孔隙扩大形成所述孔结构；
[0018]部分所述气态产物的逸出路径在所述预制体中形成所述孔结构；
[0019]部分所述气态产物在所述预制体中产生的气泡在逸出过程中破裂，或在所述第一预设时长的停止时刻，部分所述气态产物还未从所述预制体中逸出，所述气态产物留存在所述预制体中形成所述孔结构；
[0020]多个所述孔结构将所述多孔结构的碳骨架形成为海绵状或者泡沫状的多孔结构。
[0021]可选择地，所述熔渗材料包括熔融金属和/或熔融非金属。
[0022]可选择地，所述加热所述多孔结构的碳骨架，包括：
[0023]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。
[0024]根据本专利技术的第二个方面，提供了一种碳化物复合材料，所述碳化物复合材料由上述生产方法得到。
[0025]根据本专利技术的第三个方面，提供了碳化物复合材料的制品，全部或部分由上述材料制成或由上述生产方法直接制成。
[0026]本专利技术的碳化物复合材料的生产方法，通过形成多孔结构的碳骨架，在将熔渗材料灌注到碳骨架的多个孔结构中，以使熔渗材料均匀的熔渗到多孔结构的碳骨架中与碳反应，形成碳化物复合材料，以使碳化物复合材料中游离碳的含量达到最小。并且，本专利技术的生产方法还在多孔结构的碳骨架中形成了分散的第一纤维，第一纤维在熔渗过程中不参与反应，第一纤维保留碳化物复合材料，起到增强复合材料韧性的效果。
[0027]本专利技术的生产方法制得的碳化物复合材料具有良好的的抗氧化和抗腐蚀性能，能有效提高所制备的材料和结构件制品的使用寿命、质量稳定性和可靠性。
[0028]本专利技术的生产方法制得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，在弯曲试验中的断裂延伸率达到0.15％以上，适用于航空、航天、交通及新能源等领域。
[0029]本专利技术的生产方法可将混合物压制成预定形状直接生产碳化物复合材料制品，节约生产工序，降低生产成本。
附图说明
[0030]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：
[0031]图1是实施例中碳化物复合材料的生产方法的流程图。
[0032]图2是实施例中碳化物复合材料的生产方法的流程图。
[0033]图3是实施例中形成的多孔结构的预制体的扫描电镜图。
[0034]图4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
[0035]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。
[0036]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
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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。其中，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：将含碳颗粒与第一纤维按照预定比例混合，所述第一纤维分散在所述含碳颗粒中形成混合粉体；将所述混合粉体压制成预定形状，形成预制体，所述预制体中第一纤维的体积含量大于10％；热解处理所述预制体，所述预制体中的所述含碳颗粒碳化形成具有多孔结构的碳骨架，所述第一纤维分散在所述多孔结构的碳骨架中；向所述多孔结构的碳骨架中灌注熔渗材料，并加热所述多孔结构的碳骨架，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增韧所述碳化物复合材料。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，所述热解处理所述预制体，包括：将所述预制体加热至第一温度，并保持所述预制体处于所述第一温度的状态第一预设时长，其中，所述第一温度大于所述含碳颗粒的碳化温度。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，在所述第一温度下，所述含碳颗粒中的部分成分受热分解生成气态产物，所述气态产物从所述预制体向外逸出时在所述预制体中形成多个孔结构，所述含碳颗粒未被分解的部分成分碳化形成所述多孔结构的碳骨架，所述多孔结构的碳骨架保留了多个所述孔结构。4.如权利要求3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所述孔结构为纳米级和/或微米级的开放孔；另一部分所述孔...

【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：