一种聚碳硅烷熔融浸渍加压交联制备SiC基复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种聚碳硅烷熔融浸渍加压交联制备SiC基复合材料的方法，采用仿形不锈钢浸渍容器，加入计量的聚碳硅烷，抽真空密封后加压升温，进行熔融浸渍加压交联，最后快速升温裂解，得到SiC基复合材料。本发明专利技术大大提高了聚碳硅烷的浸渍效率和裂解效率，制备周期数和制备时间大幅度缩减，聚碳硅烷的有效利用率较现有工艺提高两倍左右，显著降低了SiC基复合材料的制备成本。合材料的制备成本。

【技术实现步骤摘要】
一种聚碳硅烷熔融浸渍加压交联制备SiC基复合材料的方法


[0001]本专利技术属于陶瓷基复合材料制备
，具体涉及一种聚碳硅烷熔融浸渍加压交联制备SiC基复合材料的方法。

技术介绍

[0002]SiC基复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、高断裂韧性、耐辐射等优异性能，在航空航天及原子能行业得到越来越多的关注。现已有相关的研究，例如中国专利号CN201510264794.7SiC基复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备CVD涂层；(2)真空浸渍；(3)烘干；(4)微波裂解；(5)重复步骤(2)
‑
(4)，得到SiC基复合材料，该方法具有快速、高效、可提高材料力学性能等优点。总的来说，PIP工艺(通过对纤维预制件反复进行先驱体浸渍裂解制备复合材料的方法)是制备陶瓷基复合材料最常用的工艺之一，通常PIP工艺使用常规加热方式进行先驱体的裂解，然而常规裂解往往温度较高、升温速率慢，会对C纤维或SiC纤维造成一定的损伤，进而影响复合材料的整体性能；另外，常规工艺升温速率慢，会导致复合材料的制备效率低。
[0003]采用聚碳硅烷(PCS)先驱体制备SiC基复合材料，如C/SiC、SiC/SiC等，主要是利用聚碳硅烷可以熔融、溶解、交联等特性，分别采用熔融浸渍方法、溶液浸渍方法、聚碳硅烷(PCS)/二乙烯基苯(DVB)交联法，现已有相关的研究：
[0004]熔融浸渍方法，例如苏波等采用热压釜进行熔融浸渍(浸渍温度
‑
250℃)，取出后进行慢速升温裂解，以防止熔融流失及提高裂解陶瓷产率，尽管升温速率降至0.5℃/min
‑
1℃/min，但陶瓷先驱体综合转化率(含浸渍效率和裂解效率)仍然不高，单个浸渍裂解周期需要5天左右，最终复合材料密度仅为1.65g/cm3。
[0005]溶液浸渍方法，一般采用浓度50％的溶液进行浸渍，裂解过程仍有一部分聚碳硅烷熔融流出，致密化效率也不高，一般需要15个以上的浸渍
‑
裂解周期，才能获得需要的材料密度。
[0006]聚碳硅烷/二乙烯基苯交联法，采用聚碳硅烷/二乙烯基苯溶液，浸渍后进行交联处理，然后高温裂解，由于PCS含量约为50％，且二乙烯基苯中含有约50％左右不可交联的二乙苯等组分，陶瓷产率也不高，所需浸渍
‑
裂解的周期数和溶液浸渍差不多，制备周期长，而且交联处理后PCS余料不可重复使用，浪费较大。
[0007]因此，需要寻求一种聚碳硅烷高效浸渍、高效裂解制备SiC基复合材料的方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有SiC基复合材料的制备过程中低浸渍效率、长裂解时间导致的制备周期长、成本高等不足，本专利技术提供了一种聚碳硅烷熔融浸渍加压交联制备SiC基复合材料的方法，以提高浸渍效率和裂解陶瓷产率为目标，采用熔融浸渍加上加压交联和仿形浸渍容器实现聚碳硅烷计量加料以减少原料浪费，快速升温裂解等手段，大幅度减少聚碳硅烷的浪费，缩短致密化周期，最终降低复合材料的制备成本。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]本专利技术的原理在于：
[0011]聚碳硅烷(PCS)浸渍过程所需要质量计算如下：
[0012]假设复合材料总体积为1个单位，纤维体积分数为V
f
，纤维的密度为ρ
f
，聚碳硅烷的密度为ρ
pcs
＝1.0g/cm3，聚碳硅烷裂解陶瓷产率η＝60％，裂解转化的SiC基体的密度为ρ
sic
＝2.5g/cm3，复合材料的密度为ρ
cn
(n代表n次浸渍裂解，n＝0时为纤维预制体的密度)，第n次浸渍所需的聚碳硅烷的重量为mg
n
，则容易得出：
[0013]①
纤维预制件
[0014]ρ
c0
＝ρ
f
×
V
f
[0015]②
第1次浸渍
[0016]mg1＝(1
‑
V
f
)
×
ρ
pcs
[0017]ρ
c1
＝ρ
f
×
V
f
+η
×
(1
‑
V
f
)
[0018]③
第2次
[0019]mg2＝(1
‑
V
f
)
×
(1
‑
η/ρ
sic
)
×
ρ
pcs
[0020]ρ
c2
＝ρ
f
×
V
f
+η
×
(1
‑
V
f
)+η
×
(1
‑
V
f
)
×
(1
‑
η/ρ
sic
)
[0021]④
第n次
[0022]mg
n
＝(1
‑
V
f
)
×
(1
‑
η/ρ
sic
)
n
‑1×
ρ
pcs
[0023]ρ
cn
＝ρ
f
×
V
f
+η
×
(1
‑
V
f
)+η
×
(1
‑
V
f
)
×
(1
‑
η/ρ
sic
)+
……
+η
×
(1
‑
V
f
)
×
(1
‑
η/ρ
sic
)
n
[0024]本专利技术所述的：
[0025]一种聚碳硅烷熔融浸渍加压交联制备SiC基复合材料的方法，包括以下步骤：
[0026]1)制作仿形浸渍容器：根据复合材料样件形状，制作和所需样件形状相近的不锈钢浸渍容器，纤维预制件紧贴不锈钢浸渍容器内壁，不锈钢浸渍容器上部留有足够的空间放置聚碳硅烷原料；
[0027]2)加料和封装：在上步骤得到的不锈钢浸渍容器上部加入理论浸渍量的聚碳硅烷粉末，抽真空后焊接密封；
[0028]3)高压釜增压：将上步骤得到的不锈钢浸渍容器放入高压釜内，高压釜用惰性气体增压至1
‑
20MPa；
[0029]4)浸渍：完成高压釜增压后，按照程序升温，升温速率为1
‑
10℃/分钟，三个温度点为200℃、250℃、300℃，在200℃、250℃、300℃分别保温0
‑
2小时，完本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚碳硅烷熔融浸渍加压交联制备SiC基复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)制作仿形浸渍容器：根据复合材料样件形状，制作和所需样件形状相近的不锈钢浸渍容器，纤维预制件紧贴不锈钢浸渍容器内壁，不锈钢浸渍容器上部留有足够的空间放置聚碳硅烷原料；2)加料和封装：在上步骤得到的不锈钢浸渍容器上部加入理论浸渍量的聚碳硅烷粉末，抽真空后焊接密封；3)高压釜增压：将上步骤得到的不锈钢浸渍容器放入高压釜内，高压釜用惰性气体增压至1
‑
20MPa；4)浸渍：完成高压釜增压后，按照程序升温，升温速率为1
‑
10℃/分钟，三个温度点为200℃、250℃、300℃，在200℃、250℃、300℃分别保温0
‑
2小时，完成聚碳硅烷熔融浸渍；5)交联：完成聚碳硅烷熔融浸渍后，继续程序升温至480
‑
650℃进行交联，保温0.5
‑
10小时后，完成聚碳硅烷的交联；6)高温裂解：将完成聚碳硅烷的交联的不锈钢浸渍容器从焊接处切开，将不锈钢浸渍容器连同样件一同置于高温裂解炉内，按设定的裂解程序在惰性气体保护下进行高温裂解，高温裂解程序升温速率为10
‑
20℃/分钟，室温
‑
500℃；5
‑
15℃/分钟，500
‑
700℃；3
‑
10℃/分钟，700℃
‑
1200℃；保温时间分别为0
‑
60分钟、0
‑
60分钟、0
‑
60分钟；完成裂解后，取出样件，清理称重；7)完成致密化：重复上述步骤2)
‑
步骤6)3
‑
5次后，得到SiC基复合材料成品。2.根据权利要求1所述的一种聚碳硅烷熔融浸渍加压交联制备SiC基复合材料的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海峰，
申请(专利权)人：湖南远辉复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：