一种在陶瓷纤维表面制备制造技术

本发明专利技术公开了一种在陶瓷纤维表面制备

【技术实现步骤摘要】
一种在陶瓷纤维表面制备BN涂层的方法


[0001]本申请涉及复合材料
，特别是涉及一种在陶瓷纤维表面制备
BN
涂层的方法
。

技术介绍

[0002]氮化硼
(BN)
具有较好的抗氧化性
、
抗热震性和化学稳定性
。
研究表明
BN
涂层是纤维增韧陶瓷基复合材料
(CMCs)
中界面材料的首选
,
用于改善复合材料的热稳定性和力学性能
。
此外，
BN
为良好的绝缘体
,
具有较低的介电常数
,
作为界面材料可以优化材料整体的电磁特性
。BN
具有与石墨相似的六方片层结构
,
与碳纤维的密度
、
结构
、
化学性质近似，并且具有与
SiC
相匹配的热膨胀系数
。
在高温条件下，
BN
具有一定的自愈合功能，其的氧化产物
B2O3和
SiC
的氧化产物
SiO2可以快速生成玻璃态的硼硅酸盐，具有流动性的硼硅酸盐可以使涂层或基体中的孔洞
、
裂纹愈合，进一步提高材料的应变容限，提升材料的使用寿命
。
因此在不同纤维上制备
BN
涂层具有重要意义
。
[0003]在众多
BN
界面涂层的制备方法中
,
>化学气相沉积法
(CVD)
所得涂层均匀致密
、
连续性好且涂层与基底间结合紧密，质量稳定，但是在
CVD
‑
BN
界面涂层制备过程中
,
由于高温沉积过程中硼源和氮源反应速率较快且反应复杂
,
不能准确分析其沉积机理
,
导致沉积过程不易控制
。
此外，
CVD
的工艺不稳定，沉积速率较慢，无法大批量制备是当前存在的主要问题
。
另一方面，在得到稳定的
CVD
‑
BN
制备工艺之后，所得
BN
涂层的结晶度较低是限制该工艺应用的另一问题
。
浸渍裂解法工艺简单，成本低，适合界面涂层的大批量制备，是最具推广应用潜力的
BN
界面涂层制备方法，但是该方法制备的涂层连续性
、
均一性以及与基底的结合还有待进一步改进
。
[0004]目前，浸渍涂覆工艺在纤维表面制备
BN
材料所使用的先驱体主要有双元先驱体
(H3BO3和
CO(NH2)2)
，聚硼嗪和聚硼氮烷等
。
双元先驱体
(H3BO3和
CO(NH2)2)
易得无毒，但由于受原材料配比及溶液流动性影响，往往制备的涂层厚度不均匀，涂层质量不高，涂层容易剥落
。
聚硼吖嗪性质活泼易燃易爆，不利于工业生产应用
。
聚硼氮烷先驱体因含有较多杂元素，需特殊气氛热处理处理，陶瓷产率较低，制备的
BN
涂层不致密，不完整易脱落
。
综上，目前浸渍涂覆工艺所用先驱体主要存在着陶瓷产率低，热处理工艺复杂，以及性质不稳定等缺点
。
[0005]因此，探索在安全条件下工业级大批量制备连续均匀的高质量
BN
涂层的工艺具有重要意义
。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种在陶瓷纤维表面制备
BN
涂层的方法，用于解决目前在陶瓷纤维上制备的
BN
涂层质量低
、
孔洞多和易开裂剥离；涂层制备工艺所用先驱体易燃易爆
、
稳定性差和安全性低的问题
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提出一种在陶瓷纤维表面制备
BN
涂层的方法，包括以下
步骤：
[0008]S1、
将陶瓷纤维浸渍在硝酸溶液中进行加热回流，接着将陶瓷纤维浸渍在有机溶剂中，并在惰性气氛下逐滴加入二氯亚砜进一步反应，反应完成后，取出陶瓷纤维进行干燥，得到表面化学基团改性的陶瓷纤维；
[0009]S2、
将聚硼氮烷先驱体
PABB
溶解在溶剂中，配制
PABB
先驱体浸渍液；
[0010]S3、
将步骤
S1
中的表面化学基团改性的陶瓷纤维在步骤
S2
中的
PABB
先驱体浸渍液中进行超声处理，然后在常温下真空干燥，并进行预烧固化与裂解陶瓷化，得到
BN
涂层
。
[0011]本专利技术相比现有技术的先进性在于：
[0012]1、
本方法先对陶瓷纤维进行改性，通过硝酸的有机溶剂在纤维表面引入羟基以及羧基活性基团，并通过滴加二氯亚砜将活性基团转化为酰氯基团，目的在于获得可与浸渍液中先驱体反应的官能团，使得先驱体分子通过化学反应均匀包覆在纤维表面，并形成化学键连接，使浸渍效果优于纯物理包覆效果
。
[0013]2、
采用本方法只需在加入二氯亚砜时需要惰性气氛的保护，其余过程均不需要，即在常规环境下即可安全快速地大批量沉积
BN
涂层，并且制备的
BN
涂层致密无孔洞，具有完整的形貌，与纤维结合紧密不易脱落
。
此外，该工艺实现了
BN
涂层的厚度可控
。
[0014]3、
本专利技术提供的
BN
涂层制备技术具有高安全稳定性，高能源利用效率，低成本设备要求，低环境污染等优点，简化了
BN
涂层的制备工艺，无需严苛工艺参数调控，无需多步骤的有害气氛热处理，适用于工业大批量生产制备
。
附图说明
[0015]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，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图
。
[0016]图1为本专利技术实施例1所得
BN
涂层的
SEM
；
[0017]图2为本专利技术实施例1所得
BN
涂层厚度的统计图；
[0018]图3为本专利技术实施例1所得
BN
涂层的
XRD
谱图；
[0019]本专利技术目的的实现
、
功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明
。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种在陶瓷纤维表面制备
BN
涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
将陶瓷纤维浸渍在硝酸溶液中进行加热回流，接着将陶瓷纤维浸渍在有机溶剂中，并在惰性气氛下逐滴加入二氯亚砜进一步反应，反应完成后，取出陶瓷纤维进行干燥，得到表面化学基团改性的陶瓷纤维；
S2、
将聚硼氮烷先驱体
PABB
溶解在溶剂中，配制
PABB
先驱体浸渍液；所述
PABB
的结构式如下：
S3、
将步骤
S1
中的表面化学基团改性的陶瓷纤维在步骤
S2
中的
PABB
先驱体浸渍液中进行超声处理，然后在常温下真空干燥，并进行预烧固化与裂解陶瓷化，得到
BN
涂层
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤
S1
中，硝酸溶液的浓度为5‑
50wt
％
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤
S1
中，加热回流的温度为
30
‑
150℃
，时间为1‑
24h。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤
S1
中，有机溶剂为苯
、
甲苯
、
二甲苯
、
氯仿
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王应德，杜贻昂，王兵，邵长伟，苟燕子，王小宙，韩成，龙鑫，张晓山，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：