一种超高温陶瓷改性SiC/SiC复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种超高温陶瓷改性SiC/SiC复合材料的制备方法，属于航空航天材料制备工艺领域，通过三代SiC纤维编织成SiC纤维预制体，在其表面掺入陶瓷粉体制成改性层；在SiC表面沉积一层PyC界面层和一层SiC界面层；选用烧结助剂、SiC陶瓷粉体、聚合物前驱体和溶剂进行浸渍，再经过高压固化和高温裂解，反复进行若干次，最后进行高温烧结制备得到超高温陶瓷改性SiC/SiC复合材料。本发明专利技术能够提高SiC/SiC复合材料1400℃以上抗氧化性能。材料1400℃以上抗氧化性能。材料1400℃以上抗氧化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超高温陶瓷改性SiC/SiC复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种利用复合制备工艺制备超高温陶瓷改性SiC/SiC复合材料的方法，属于航空航天材料制备工艺领域。

技术介绍

[0002]SiC/SiC复合材料是以SiC纤维为连续增强体，SiC陶瓷为基体的复合材料，有低密度、高比强度、高比模量、高韧性等特点，是下一代航空航天飞行器热端部件的理想材料。SiC/SiC复合材料的制备工艺经过几十年的发展，已经渐趋成熟，主要包括化学气相渗透(CVI)工艺、聚合物先驱体浸渍裂解(PIP)工艺和熔体浸渗(MI)工艺。其中，CVI工艺为将纤维预制体置于沉积炉中，气态先驱体通过扩散、对流等方式进入预制体内部并吸附在纤维表面，在一定温度下生成固态的碳或陶瓷组分沉积于纤维表面形成涂层，生成的气态副产物向外扩散；随着沉积的进行，纤维表面的涂层越来越厚，首先对纤维束内纤维之间的空隙进行填充，待束内空隙填满后，继续沉积的涂层组分进行纤维束间空隙的填充，最终各涂层相互重叠，成为材料内的连续相基体。PIP工艺是将液态陶瓷先驱体浸渍到真空、密封的纤维编织体内，液态先驱体经过干燥或交联固化，在惰性气体保护下或真空环境下高温裂解，原位转化成陶瓷基体；由于先驱体裂解过程中气态副产物逸出及裂解后基体收缩，单次裂解过程的陶瓷收缩率较低，制备过程需重复多次浸渍
‑
裂解过程才能实现材料的致密化。MI工艺首先在预制体中的纤维表面沉积形成界面相，以降低后续融渗过程对纤维的损伤；在预制体内形成一定量的多孔热解碳(PyC)基体；然后在高温真空环境中，将液态溶融硅渗入预制体内；溶融硅与PyC发生反应，最终生成连续致密的SiC基体。
[0003]但是目前这些制备工艺制备的SiC/SiC复合材料，在1400℃氧化环境下性能明显下降，无法满足更高温度条件的使用需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种超高温陶瓷改性SiC/SiC复合材料制备方法，制备的SiC/SiC复合材料包括SiC纤维预制体、纤维界面层和陶瓷基体，能够提高SiC/SiC复合材料1400℃以上抗氧化性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术提出一种超高温陶瓷改性SiC/SiC复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)选用三代SiC纤维编织成SiC纤维预制体，在该SiC纤维预制体的表面掺入陶瓷粉体制成改性层，得到试样A；
[0008]2)选用碳源气体，用化学气相沉积方法在试样A的SiC表面沉积一层PyC界面层，得到试样B；
[0009]3)选用前驱体，用化学气相沉积方法在试样B的SiC表面沉积一层SiC界面层，得到试样C；
[0010]4)选用烧结助剂、SiC陶瓷粉体、聚合物前驱体和溶剂，配成分散均匀的前驱体浆
料；将试样C放入该前驱体浆料中浸渍一段时间，然后取出得到试样D；
[0011]5)将试样D放入高压罐中进行固化，取出得到试样E；
[0012]6)将试样E放入高温裂解炉进行裂解，取出得到试样F；
[0013]7)重复步骤4)至6)，得到试样G；
[0014]8)将试样G放入高温反应炉进行烧结，得到超高温陶瓷改性SiC/SiC复合材料。
[0015]优选地，步骤1)中所述编织的方式为缝合或三向正交。
[0016]优选地，步骤1)中所述SiC纤维预制体中的纤维体积分数为25％～45％。
[0017]优选地，步骤1)中所述改性层的厚度范围为2～5mm。
[0018]优选地，步骤1)中所述陶瓷粉体选用ZrC、ZrB2或HfC，所述陶瓷粉体的质量份数为20％～30％。
[0019]优选地，步骤2)中所述碳源气体为甲烷、乙烷或丙烷。
[0020]优选地，步骤2)中所述沉积的条件为：沉积温度为600～1200℃，真空度为
‑
0.1～0MPa，沉积时间为2～26h。
[0021]优选地，步骤2)中所述PyC界面层的厚度为100～500nm。
[0022]优选地，步骤3)中所述前驱体选用氯代甲基硅烷、乙基硅烷、甲基硅烷或氟代甲基硅烷。
[0023]优选地，步骤3)中所述沉积的条件为：沉积温度800～1200℃，真空度为
‑
0.09～
‑
0.01MPa，沉积时间为15～32h。
[0024]优选地，步骤3)中所述SiC界面层厚度为1.5～5μm。
[0025]优选地，步骤4)中所述烧结助剂为氧化铝、氧化钇、氧化钙、氧化铍、氧化钡、二氧化硅中的一种或者几钟。
[0026]优选地，步骤4)中所述聚合物前驱体为聚碳硅烷(PCS)、全氢聚碳硅烷(AHPCS)或液态聚碳硅烷(LPCS)。
[0027]优选地，步骤4)中所述溶剂为甲苯、二甲苯、二乙烯基苯或丁酮。
[0028]优选地，步骤4)中所述浸渍的条件为：浸渍温度为35～150℃，压力为1～5MPa，浸渍时间为1～5h。
[0029]优选地，步骤5)中所述固化的条件为：固化温度为100～350℃，固化时间为1～5h，固化压力为1～5MPa。
[0030]优选地，步骤6)中所述高温裂解的条件为：裂解温度为700～1200℃，裂解真空度为
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0.06～
‑
0.1MPa，裂解时间为2～4h。
[0031]优选地，所述重复的次数为8～10次。
[0032]优选地，步骤8)中所述烧结的条件为：烧结温度为1400～1800℃，烧结时间为1～4h。
[0033]本专利技术的优点在于：本专利技术提供一种超高温陶瓷SiC/SiC复合材料的制备方法，该方法在传统制备工艺的基础上，采用在SiC/SiC复合材料外侧引入耐高温抗氧化的超高温陶瓷粉体，通过聚合物低温烧结的方法，在SiC/SiC复合材料表面形成一层致密的超高温陶瓷改性层，由于超高温陶瓷在1400℃以上环境具有优异的抗氧化耐冲刷性能，因次能克服传统SiC/SiC复合材料在1400℃以上抗氧化能力不足的问题。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1是本专利技术的一种超高温陶瓷改性SiC/SiC复合材料的制备流程图。
[0036]图2是本专利技术的一种超高温陶瓷改性SiC/SiC复合材料的结构示意图。
具体实施方式
[0037]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的前提下所获得的所有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高温陶瓷改性SiC/SiC复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选用三代SiC纤维编织成SiC纤维预制体，在该SiC纤维预制体的表面掺入陶瓷粉体制成改性层，得到试样A；2)选用碳源气体，用化学气相沉积方法在试样A的SiC表面沉积一层PyC界面层，得到试样B；3)选用前驱体，用化学气相沉积方法在试样B的SiC表面沉积一层SiC界面层，得到试样C；4)选用烧结助剂、SiC陶瓷粉体、聚合物前驱体和溶剂，配成分散均匀的前驱体浆料；将试样C放入该前驱体浆料中浸渍一段时间，然后取出得到试样D；5)将试样D放入高压罐中进行固化，取出得到试样E；6)将试样E放入高温裂解炉进行裂解，取出得到试样F；7)重复步骤4)至6)，得到试样G；8)将试样G放入高温反应炉进行烧结，得到超高温陶瓷改性SiC/SiC复合材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述编织的方式为缝合或三向正交；所述SiC纤维预制体中的纤维体积分数为25％～45％；所述改性层的厚度范围为2～5mm；所述陶瓷粉体选用ZrC、ZrB2或HfC，所述陶瓷粉体的质量份数为20％～30％。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述碳源气体为甲烷、乙烷或丙烷；所述沉积的条件为：沉积温度为600～1200℃，真空度为
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0.1～0MPa，沉积时间为2～26h；所述PyC界面层的厚度为100～500nm。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：宋环君，陈昊然，杨良伟，金鑫，李晓东，左红军，刘伟，于新民，刘俊鹏，孙同臣，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：