【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于陶瓷基复合材料制备，尤其涉及一种石墨烯增韧的陶瓷基复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、碳纤维增韧的陶瓷基复合材料，相较于传统的金属和碳/碳复合材料，具有轻质高强耐高温等优异特性，是诸多热结构部件材料的主要候选材料。在复合材料中，主要包括碳纤维、界面层、陶瓷基体和涂层四部分。其中，碳纤维主要起到提高复合材料韧性的作用，界面层是碳纤维与陶瓷基体的连接纽带，碳纤维与界面层之间形成适中的作用力，有助于复合材料的强韧化，避免导致脆性断裂。由于碳纤维丝束化与易编织的特点，使得复合材料中碳纤维分布并不均匀，也就导致该区域陶瓷基体较脆，较容易形成贯穿裂纹。另外，常规的界面层以热解碳为主，碳纤维与热解碳同为碳材料，而碳材料的抗氧化性能很差，极容易导致碳纤维结构与性能损伤。为了满足陶瓷基复合材料在极端环境下的使用需求，亟需提高陶瓷基复合材料的韧性、力学性能和/或抗氧化性能。
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石墨烯增韧的陶瓷基复合材料及其制备方法。本专利技术解决了现有碳纤维增韧陶瓷基复合材料韧性一般，抗氧化性能较差等问题，提升了陶瓷基复合材料的韧性以及在极端热环境下的使用性能。
2、本专利技术在第一方面提供了一种石墨烯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)将碳布和泡沫镍片交替叠层，交替叠层后采用穿刺工艺制成预制体；
4、(2)通过化学气相沉积法在所述预制体中沉积热解碳和石墨
5、(3)将所述多孔碳/碳复合材料在酸溶液中浸泡处理，得到去除泡沫镍的多孔碳/碳复合材料；
6、(4)以无氧碳化铪陶瓷前驱体为反应物，通过化学气相沉积法在所述去除泡沫镍的多孔碳/碳复合材料中沉积碳化铪界面层，得到具有碳化铪界面层的碳/碳复合材料；
7、(5)通过浸渍裂解法将无氧碳化铪陶瓷前驱体与所述具有碳化铪界面层的碳/碳复合材料反应，制得石墨烯增韧的陶瓷基复合材料。
8、优选地，所述泡沫镍片的厚度为0.02～0.08mm，和/或所述泡沫镍片的面密度为150～370g/m2。
9、优选地，所述预制体的密度为0.8～1.2g/cm3；在所述预制体中，所述泡沫镍片的体积占比为5～20％；和/或在步骤(2)中，所述多孔碳/碳复合材料的密度为0.9～1.3g/cm3。
10、优选地，在步骤(2)中：在包含氮气、氢气和甲烷的气氛中进行所述沉积，所述氮气、氢气和甲烷的体积流量比为10：3：(2～5)；和/或所述沉积的温度为800～1000℃，所述沉积的时间为0.5～2h。
11、优选地，在步骤(3)中：所述酸溶液为盐酸、硝酸溶液、硫酸溶液中的一种或多种；所述酸溶液的浓度不大于1mol/l；和/或所述浸泡的温度为25～50℃，所述浸泡的时间为2～5h。
12、优选地，在步骤(4)中：将无氧碳化铪陶瓷前驱体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甲烷沉积所述碳化铪界面层；其中，氮气、氢气和甲烷的体积流量比为10：6：(4～10)。
13、优选地，所述无氧碳化铪陶瓷前驱体的加热温度为80～100℃；沉积所述碳化铪界面层的温度为1020～1550℃，时间为0.5～2h，化学气相沉积炉内的压力为20～200pa。
14、优选地，所述碳化铪界面层的厚度为0.5～1.5μm；和/或所述石墨烯增韧的陶瓷基复合材料的密度为3.1～3.6g/cm3。
15、优选地，在步骤(4)和步骤(5)中，所述无氧碳化铪陶瓷前驱体的制备为：将四(二甲氨基)铪或四(二乙氨基)铪与胺类化合物进行胺交换反应，经减压蒸馏，得到无氧碳化铪陶瓷前驱体；所述胺类化合物为二正丙胺、二异丙胺、二烯丙胺、二正丁胺、二异丁胺、二正戊胺、四氢吡咯、六氢吡啶中的一种或多种。
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石墨烯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)本专利技术通过超薄泡沫镍片与碳布叠层编织，实现了石墨烯均匀分布在陶瓷基体内，避免了传统石墨烯添加方法中分散困难且极易团聚的问题，可以显著改善陶瓷基复合材料的韧性。
19、(2)本专利技术采用化学气相沉积技术，以无氧碳化铪陶瓷前驱体为反应物，在碳纤维热解碳界面层与石墨烯表面制备了hfc界面层，hfc本身具有优异的抗氧化耐烧蚀性能，相比于传统的热解碳单一界面层，可以提高复合材料的抗氧化性能。此外，传统形成碳化铪界面层的方式，由于采用的碳化铪陶瓷前驱体为烷氧基结构，为有氧体系，需经历高温碳热还原过程，反应温度一般不低于1600℃，对碳纤维会造成一定程度上的损伤，进而对陶瓷基复合材料性能也会产生不利的影响；而本专利技术采用无氧碳化铪陶瓷前驱体作为新型的铪基陶瓷前驱体，能够通过化学气相沉积技术实现碳化铪的直接成型，同时通过本专利技术的化学气相沉积技术，可以避免传统工艺中副产物氯化氢气体对碳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)本专利技术制备得到的石墨烯增韧的陶瓷基复合材料，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显著提升，提升了陶瓷基复合材料在极端热环境下的使用性能，解决了陶瓷基复合材料普遍面临的韧性低且抗氧化性能差的问题。
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1.一种石墨烯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，在步骤(2)中：
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所述的制备方法，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，在步骤(4)和步骤(5)中，所述无氧碳化铪陶瓷前驱体的制备为：
10.由权利要求1至9中任一项所述的制备方法制得的石墨烯增韧的陶瓷基复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种石墨烯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，在步骤(2)中：
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨良伟，陈哲明，冯士杰，孙娅楠，郝乃蓉，陈昊然，张宝鹏，刘伟，刘俊鹏，
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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