制备碳纤维增强陶瓷基复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及碳纤维复合材料技术领域，公开了一种制备碳纤维增强陶瓷基复合材料的方法

【技术实现步骤摘要】
制备碳纤维增强陶瓷基复合材料的方法、碳纤维增强陶瓷基复合材料及应用


[0001]本专利技术涉及碳纤维复合材料
，具体涉及一种制备碳纤维增强陶瓷基复合材料的方法
、
碳纤维增强陶瓷基复合材料及应用
。

技术介绍

[0002]随着现代科技的飞速发展，对于材料的耐温性能要求越来越高，要求材料能够在超高温环境下，长时间有效服役
。
[0003]陶瓷基复合材料由于其耐高温
、
抗氧化的特点，在航空航天
、
核工业具有重要的应用价值
。
不过，由于高温陶瓷材料是一种脆性材料，其抗冲击性能较差，需要通过连续纤维等对其进行增韧，复合后得到的连续纤维增强超高温陶瓷复合材料不仅耐超高温
、
抗烧蚀，还具有整体强度高
、
抗断裂韧性好等优点
。
[0004]碳纤维是目前唯一一种在
3000℃(
非氧环境
)
以上仍具有很高比强度
、
比模量以及较低热膨胀系数的纤维材料，同时碳纤维也容易通过缠绕
、
编织
、
针刺等方式成型为预制体，尤其能够用于制造形状复杂的大型构件
。
抗氧化性也将直接影响在高温环境下应用的服役性能，而现有技术制备的碳纤维增强的陶瓷材料致密度低
、
抗氧化性能较差
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的材料致密度低<br/>、
耐温域宽度小和抗氧化性能差的问题，提供一种制备碳纤维增强陶瓷基复合材料的方法
、
碳纤维增强陶瓷基复合材料及应用，该方法通过多次浸渍且通过在有机硅聚合物分散液中增加无机颗粒，从而提高制备得到的碳纤维增强陶瓷基复合材料的表面致密度，同时具备较强的抗氧化性
、
力学性能和较大的耐温域宽度
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种制备碳纤维增强陶瓷基复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0007]S1、
将碳纤维编织体于有机硅聚合物分散液中进行第一浸渍，得到附着有机硅聚合物分散液的碳纤维预制体，将其进行第一固化，得到初始碳纤维毛坯；
[0008]S2、
将所述初始碳纤维毛坯于陶瓷前驱体溶液中进行第二浸渍，得到附着有陶瓷前驱体溶液的初始碳纤维毛坯，将其进行第二固化，得到碳纤维毛坯；
[0009]S3、
对所述碳纤维毛坯进行热处理，得到碳纤维增强陶瓷基复合材料；
[0010]其中，碳纤维编织体质量
W1
与碳纤维增强陶瓷基复合材料质量
W2
的差值
Δ
W
不大于
W1
的
1wt
％；
[0011]其中，所述有机硅聚合物分散液含有有机硅聚合物和选自碳化硅和
/
或碳化硼的无机颗粒；
[0012]所述陶瓷前驱体溶液中含有聚硅氮烷
A
和聚硅氧烷
A
的复合前驱体
。
[0013]本专利技术第二方面提供一种碳纤维增强陶瓷基复合材料，其特征在于，所述碳纤维
增强陶瓷基复合材料由本专利技术第一方面提供的方法制备得到
。
[0014]本专利技术第三方面提供一种本专利技术第二方面提供的碳纤维增强陶瓷基复合材料在航空航天
、
核工业和建筑领域至少一种中的应用
。
[0015]通过上述技术方案，本专利技术提供的制备碳纤维增强陶瓷基复合材料的方法
、
碳纤维增强陶瓷基复合材料及应用获得以下有益效果：
[0016]1、
采用前驱体裂解法获得高温陶瓷基体，相比粉体烧结
、
化学气相沉积等方法成本低；
[0017]2、
通过在有机硅聚合物分散液中添加无机颗粒，能够提高后续陶瓷前驱体溶液的陶瓷化产率；
[0018]3、
采用低粘度的含有复合前驱体的陶瓷前驱体溶液进行二次浸渍，避免复合材料表面孔隙大的问题，并提高碳纤维增强陶瓷基复合材料的致密度
。
具体实施方式
[0019]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值
。
对于数值范围来说，各个范围的端点值之间
、
各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开
。
[0020]本专利技术第一方面提供一种制备碳纤维增强陶瓷基复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0021]S1、
将碳纤维编织体于有机硅聚合物分散液中进行第一浸渍，得到附着有机硅聚合物分散液的碳纤维预制体，将其进行第一固化，得到初始碳纤维毛坯；
[0022]S2、
将所述初始碳纤维毛坯于陶瓷前驱体溶液中进行第二浸渍，得到附着有陶瓷前驱体溶液的初始碳纤维毛坯，将其进行第二固化，得到碳纤维毛坯；
[0023]S3、
对所述碳纤维毛坯进行热处理，得到碳纤维增强陶瓷基复合材料；
[0024]其中，碳纤维编织体质量
W1
与碳纤维增强陶瓷基复合材料质量
W2
的差值
Δ
W
不大于
W1
的
1wt
％；
[0025]其中，所述有机硅聚合物分散液含有有机硅聚合物和选自碳化硅和
/
或碳化硼的无机颗粒；
[0026]所述陶瓷前驱体溶液中含有聚硅氮烷
A
和聚硅氧烷
A
的复合前驱体
。
[0027]本专利技术中，所述方法通过多次浸渍且通过在有机硅聚合物分散液中增加无机颗粒，从而提高陶瓷材料与碳纤维的结合力，且制备得到的碳纤维增强陶瓷基复合材料的表面致密度大，同时具备较强的抗氧化性
、
力学性能
。
[0028]进一步地，所述热处理将所述陶瓷前驱体溶液中的复合前驱体进行裂解，相比粉体烧结
、
化学气相沉积等方法具有烧结温度低
(
不大于
1200℃)、
成本低
。
[0029]根据本专利技术，所述有机硅聚合物和所述无机颗粒的总质量与所述复合前驱体的质量之比为1‑
10
：2‑
15。
[0030]本专利技术中，所述有机硅聚合物和所述无机颗粒的总质量与所述复合前驱体的质量之比满足上述范围，能够提高多次浸渍的效率，进一步提高复合材料的致密度
。
[0031]根据本专利技术，所述陶瓷前驱体溶液中，所述聚硅氮烷
A
和所述聚硅氧烷
A
的质量比
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种制备碳纤维增强陶瓷基复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、
将碳纤维编织体于有机硅聚合物分散液中进行第一浸渍，得到附着有机硅聚合物分散液的碳纤维预制体，将其进行第一固化，得到初始碳纤维毛坯；
S2、
将所述初始碳纤维毛坯于陶瓷前驱体溶液中进行第二浸渍，得到附着有陶瓷前驱体溶液的初始碳纤维毛坯，将其进行第二固化，得到碳纤维毛坯；
S3、
对所述碳纤维毛坯进行热处理，得到碳纤维增强陶瓷基复合材料；其中，碳纤维编织体质量
W1
与碳纤维增强陶瓷基复合材料质量
W2
的差值
Δ
W
不大于
W1
的
1wt
％；所述有机硅聚合物分散液含有有机硅聚合物和选自碳化硅和
/
或碳化硼的无机颗粒；所述陶瓷前驱体溶液中含有聚硅氮烷
A
和聚硅氧烷
A
的复合前驱体
。2.
根据权利要求1所述的方法，其中，所述有机硅聚合物和所述无机颗粒的总质量与所述复合前驱体的质量之比为1‑
10
：2‑
15
；优选地，所述陶瓷前驱体溶液中，所述聚硅氮烷
A
和所述聚硅氧烷
A
的质量比为
5∶(0.1
‑
5)
，优选为
5∶(1
‑
5)。3.
根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述有机硅聚合物和所述无机颗粒的质量比为1：
(0.1
‑
0.5)
；优选地，所述碳化硅的粒径为
10
‑
100
微米；优选地，所述碳化硼的粒径为
10
‑
100
微米；优选地，所述有机硅聚合物选自聚硅氧烷
B
和
/
或聚硅氮烷
B。4.
根据权利要求3所述的方法，其中，所述有机硅聚合物分散液的粘度为
100
‑
600mPa
·
s
；优选地，所述陶瓷前驱体溶液的粘度为
10
‑
100mPa
·
s
；优选地，所述聚硅氮烷
A、
所述聚硅氮烷
B、
所述聚硅氧烷
A
和所述聚硅氧烷
B
的数均分子量各自独立地为
1000
‑
8000g/mol。5.
根据权利要求1‑4中任意一项所述的方法，其中，所述方法还包括在步骤
S1
前对所述碳纤维编织体进行除胶处理；其中，所述除胶的条件包括：温度为
50
‑
100...

【专利技术属性】
技术研发人员：林生兵，黄翔宇，沈伟，许艾娜，沈海娟，张超峰，
申请(专利权)人：中国石化上海石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：