【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于陶瓷基复合材料制备，尤其涉及一种碳纳米管纤维增韧的陶瓷基复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、在航空航天领域，碳纤维增韧的陶瓷基复合材料具有轻质、高强、高韧、耐高温等优异性能，是诸多热结构部件的主要候选材料，其应用范围越来越广泛。但碳纤维与陶瓷基体的热导率均低于50w/(m·k)，导致碳纤维增韧的陶瓷基复合材料的热导率仅为10-20w/(m·k)。前缘等应用部位使用环境极为苛刻，局部温度过高，如果热导率偏低，热量无法得到有效疏导，极有可能复合材料的耐温极限，导致整体结构崩塌，性能失效，从而造成不可逆的破坏。
2、碳纳米管纤维作为一种新型的碳纳米纤维，常温热导率可以达到200w/mk以上，且高温下热导率下降较小，热导率性能衰退轻微，同时断裂伸长率大于4％，远高于碳纤维的断裂伸长率(1.5～2.2％)，表现出更加优异力学性能。以碳纳米管纤维作为增韧相，通过浸渍裂解技术制备得到的陶瓷基复合材料，其热导率可以达到40-150w/(m·k)，同时力学性能也得到显著提升。因此，碳纳米管纤维增韧的陶瓷基复合材料有望作为下一代热结构部件应用在前缘等部位，快速疏导热量，避免局部温度过高。
3、但碳纳米管纤维增韧的陶瓷基复合材料也面临着诸多问题，其中一个是碳纳米管纤维抗氧化能力较弱，同时其特殊的纳米结构导致传统的热解碳界面层与其界面结合力很弱。因此，如何改善界面层与碳纳米管纤维的结合强度，同时进一步提高其抗氧化能力，是碳纳米管纤维增韧的陶瓷基复合材料发挥优异性能的关键难题。
4、综上，非常有必要提供
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本专利技术提供了一种碳纳米管纤维增韧的陶瓷基复合材料及其制备方法。本专利技术方法改善了界面层与碳纳米管纤维的结合强度，同时进一步提高了碳纳米管纤维增韧的陶瓷基复合材料的抗氧化性能。
2、本专利技术在第一方面提供了一种碳纳米管纤维增韧的陶瓷基复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
3、(1)提供连续碳纳米管纤维并进行羟基化预处理，得到羟基化预处理碳纳米管纤维；
4、(2)配制氧化石墨烯水溶液，然后将所述羟基化预处理碳纳米管纤维浸泡在所述氧化石墨烯水溶液中，得到具有氧化石墨烯界面层的碳纳米管纤维；
5、(3)将所述具有氧化石墨烯界面层的碳纳米管纤维进行退火处理，降温至室温，得到具有石墨烯界面层的碳纳米管纤维；
6、(4)以聚硅碳氮烷为前驱体，通过化学气相沉积法在所述具有石墨烯界面层的碳纳米管纤维的石墨烯界面层表面沉积sicn界面层，得到具有石墨烯/sicn复合界面层的碳纳米管纤维；
7、(5)将所述具有石墨烯/sicn复合界面层的碳纳米管纤维编织成预制体，通过浸渍裂解法将陶瓷前驱体与所述预制体反应，制得碳纳米管纤维增韧的陶瓷基复合材料。
8、优选地，所述连续碳纳米管纤维的抗拉伸强度不小于3gpa，单丝直径为8～15μm，连续长度不小于10m，室温热导率不小于200w/(m·k)，和/或断裂伸长率不小于4％。
9、优选地，所述羟基化预处理为将连续碳纳米管纤维浸泡在包含体积比为(6～8)：(2～4)的浓硫酸和双氧水的混合溶液中于75～88℃下保温0.5～1.5h，然后经蒸馏水浸泡与干燥，得到羟基化预处理碳纳米管纤维。
10、优选地，在步骤(2)中，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.6～6.0mg/ml；在步骤(2)中，所述浸泡的时间为10～60min；和/或所述氧化石墨烯界面层的厚度为0.05～0.5μm。
11、优选地，在步骤(3)中：所述退火处理的温度为800～1000℃，所述退火处理的时间为1～5h；和/或降温的速率不大于1℃/min。
12、优选地，在步骤(4)中：将聚硅碳氮烷加热后通过载气氮气通入化学气相沉积炉内，同时往所述化学气相沉积炉内通入氢气和氨气沉积所述sicn界面层；其中，氮气、氢气和氨气的体积流量比为10：5：(1～4)。
13、优选地，所述聚硅碳氮烷的加热温度为110～150℃；和/或沉积所述sicn界面层的温度为1200～1500℃，时间为3.5～5h，化学气相沉积炉内的压力为10～150pa。
14、优选地，所述sicn界面层的厚度为0.3～1.0μm。
15、优选地，所述陶瓷前驱体为锆硅前驱体、碳化硅前驱体、碳化锆前驱体、碳化铪前驱体中的一种或多种；和/或所述碳纳米管纤维增韧的陶瓷基复合材料的密度为2.0～2.5g/cm3。
16、本专利技术在第二方面提供了由本专利技术在第一方面所述的制备方法制得的碳纳米管纤维增韧的陶瓷基复合材料。
17、本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
18、(1)本专利技术选用碳纳米管纤维作为增韧相，同时通过自组装的方法在纤维表面制备得到石墨烯界面层。碳纳米管与石墨烯均为碳原子sp2杂化的纳米碳材料，借助于高温退火技术，二者可以形成适中的π-π相互作用力，有效改善碳纳米管纤维与石墨烯界面层的结合强度，有助于提升复合材料的力学性能。
19、(2)本专利技术采用化学气相沉积技术，以聚合物聚硅碳氮烷作为有机前驱体，在石墨烯界面层表面制备sicn界面层，并最终得到石墨烯/sicn复合界面层。相比于传统的热解碳界面层、sic界面层等，本专利技术发现，在石墨烯界面层表面引入sicn界面层相比引入热解碳界面层或sic界面层，具有更加优异的抗氧化耐烧蚀性能。同时本专利技术形成sicn界面层的方式，对比传统的sic沉积方式，可以有效避免氯化氢气体对碳纳米管纤维的腐蚀导致的结构与性能损伤，有效提升了陶瓷基复合材料的抗氧化性能以及高温力学性能等。
20、(3)本专利技术有效解决了界面层与碳纳米管纤维结合强度较差且传统沉积方法中氯化氢产物对碳纳米管纤维损伤的问题，通过本专利技术制备得到的碳纳米管纤维增韧的陶瓷基复合材料，不仅具有较高的热导率，而且力学与抗氧化性能均得到显著提升，具有高韧性和强抗氧化性能的优势，表现为高温有氧环境下的力学性能优异。
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1.一种碳纳米管纤维增韧的陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中：
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于：
9.根据权利要求1至8中任一项所述的制备方法，其特征在于：
10.由权利要求1至9中任一项所述的制备方法制得的碳纳米管纤维增韧的陶瓷基复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管纤维增韧的陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中：
【专利技术属性】
技术研发人员：杨良伟，郝乃蓉，陈哲明，冯士杰，孙娅楠，李晓东，刘伟，于新民，
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：
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