【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种低成本制备c/sic陶瓷基复合材料的方法，制备工艺中要求对碳纤维预制体按照要求进行形状尺寸剪裁。
技术介绍
1、目前常规的碳纤维增强陶瓷基复合材料制备方法为“化学气相沉积碳(cvi)+聚合物浸渍裂解工艺(pip)”，“化学气相沉积碳(cvi)+熔融渗硅(rmi)”等工艺，依托长碳纤维编织而成的预制体作为母体骨架与增韧成分，周围逐步填充陶瓷基物质，最终可形成结构致密坚硬，且具备一定韧性的强耐热性复合材料，如专利cn 110028330 a。由长碳纤维编织而成的预制体可根据实际需要，制定所需的纤维取向与编织工艺，使之能够满足产品对形状与性能的要求。然而，在材料制备的成本核算中，长碳纤维编织物占据了较高的比例，可占到全部成本的50％以上。因此采用合适的加工成型方法，减少对长碳纤维编织物的依赖是降低材料综合成本的有效途径。
2、一种常见的低成本制备c/sic陶瓷基复合材料的方法为“短切碳纤维+模压+硅熔渗”。模压是一种常见的材料成型工艺，可为型腔之内的物质提供一定的加工温度与压强，在固定空间内使材料成型定型。具有周期短，操作简便，工艺稳定等优点。肖鹏在《c/c-sic陶瓷制动材料的研究现状与应用》中描述了利用短切碳纤维与树脂粉料模压成型的方法，在陶瓷基复合材料的生产流程中，制备c/c复合材料骨架。再对骨架辅以cvi+pip，cvi+rmi等工艺，制备陶瓷基复合材料产品。然而，模压成型过程中，树脂粉体基质在模压过程中首先受热熔融，流动的树脂熔体不可避免的会牵引着短切纤维在基质内同步发生流动，在重力作用下，导致
技术实现思路
1、在下文中给出关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
2、本专利技术的目的在于对传统技术工艺中存在的问题进行补充，提供一种低成本陶瓷基复合材料的制备方法。通过此方法制得的c/sic陶瓷基复合材料在x、y、z向上具有较好的弯曲强度，具有良好的抗摩擦性。
3、本专利技术的技术解决方案为：
4、一种低成本制备c/sic陶瓷基复合材料的方法，包括以下步骤：
5、制备碳纤维增强相方块；
6、利用碳纤维增强相方块和粉体原料，通过模压成型制备聚合物生坯；
7、对聚合物生坯进行高温裂解处理，得到c/c复合材料骨架；
8、对c/c复合材料骨架进行熔融渗硅反应处理，得到c/sic陶瓷基复合材料。
9、进一步的，本专利技术提供了一种低成本碳纤维增强相方块的制备方法，所述的碳纤维增强相方块是由针刺碳纤维平板预制体切割而成，具体步骤如下描述：
10、将针刺碳纤维预制体平板进行化学气相沉积碳处理；
11、将化学气相沉积碳处理后的针刺碳纤维预制体平板按规定尺寸进行机械切割，得到碳纤维增强相方块。
12、进一步的，针刺碳纤维预制体平板的密度为0.50～0.65g/cm3，化学气相沉积碳处理后的密度应达到0.85～1.15g/cm3，碳沉积层在纤维表面起到了涂层保护的作用，避免碳纤维参与熔渗硅反应，硅化的碳纤维对复合材料的增强增韧效果显著降低。
13、进一步的，化学气相沉积碳操作应持续100～500h，优选200～350小时。过快的沉积速度，即过短的沉积时间，会有较大概率在碳纤维平板表层形成无定形碳聚集，闭孔，等缺陷，影响下一步成型操作；过慢的沉积速度，即过长的沉积时间，会使碳纤维因过度热处理出现结构损伤，导致碳纤维的性能较低。
14、进一步的，针刺碳纤维预制体平板应切割成如下范围的尺寸：2mm×2mm×2mm～4mm×4mm×4mm。过小的预制体方块致使纤维的有效长度过小，无法有效起到有效的纤维增强效果；过大的预制体方块致使纤维块在复合材料中局部体积分数过大，使复合材料内部性能不均匀。
15、进一步的，本专利技术还提供了一种模压聚合物生胚的制备方法，具体步骤如下描述：
16、将上一步制得的碳纤维增强相方块与其他粉体原料混合；
17、将上一步所得的混合后的固体原料放置于模压成型工装内，进行热压成型。
18、进一步的，将粉体原料搅拌至混合均匀，粉体组成为氨基酚醛树脂，硅粉(优选粒径35-1000μm)，碳粉。本步骤中氨基酚醛树脂为模压聚合物生胚的基体主体结构，在热压之下交联成型；硅粉的使用可保证随后的rmi反应的完全进行；碳粉可对碳纤维骨架提供一定的保护作用。氨基酚醛树脂、碳粉、硅粉的质量比例为：m氨基酚醛树脂:m碳粉:m硅粉＝10:2:1。
19、进一步的，固体粉料的模压成型过程要求热压温度介于180℃～200℃，热压时间2.5小时。
20、进一步的，本专利技术还提供了一种模压c/c复合材料骨架的制备方法，具体步骤如下描述：
21、将模压成型的聚合物生胚进行高温裂解处理，制备内部混有硅粉的c/c复合材料骨架。
22、进一步的，所述高温裂解处理的优选反应温度为800℃～1050℃。
23、进一步的，所述高温裂解处理的优选反应时长为8h～10h。
24、进一步的，本专利技术还提供了一种低成本c/sic陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下描述：
25、模压成型的聚合物生胚经高温裂解，得到c/c复合材料骨架，对其进行熔融渗硅反应处理。
26、进一步的，所述熔融渗硅反应处理的优选反应温度为1450℃～1600℃。
27、进一步的，熔融渗硅反应处理的优选反应时长为15min～60min。
28、本步骤只要能保证c/c生胚发生rmi反应即可；原因在于：若反应温度过低，或时长过短，硅熔体流动性差，对c基体的浸润性低，反应不充分；若反应温度过高，或时长过久，则会对碳纤维造成损伤。
29、本专利技术的有益效果如下：
30、本专利技术采用了小方块状的碳纤维作为复合材料的增韧相，首先在模压容器中与其他原料粉末热压成型，形成聚合物生坯；后将聚合物生坯高温热解，得到c/c复合材料骨架；最后对c/c复合材料骨架进行熔融渗硅反应，制备出c/sic陶瓷基复合材料。受益于碳纤维的方块状形态，使增强相碳纤维在模压过程中不至因熔体流动发生纤维取向，使碳纤维在x、y、z空间取向较平均，各向同性度较高，力学性能的空间分布较为均匀。解决了传统短切碳纤维在熔融渗硅工艺中x-y向取向度高，z向增强效果低的问题。熔融渗硅后，最终制得的c/sic陶瓷基复合材料除具有成本低，周期短的优点外，还在材料各向同性方面得到明显改善，同时具有较高的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低成本制备C/SiC陶瓷基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备碳纤维增强相方块，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述针刺碳纤维预制体平板的密度为0.50～0.65g/cm3，化学气相沉积碳处理后的密度应达到0.85～1.15g/cm3；所述化学气相沉积碳处理的时间为100～500h。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，切割后的所述碳纤维增强相方块的尺寸为：2mm×2mm×2mm～4mm×4mm×4mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备聚合物生坯，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述粉体原料包含氨基酚醛树脂、硅粉和碳粉，其质量比例为：M氨基酚醛树脂:M碳粉:M硅粉＝10:2:1；所述硅粉的粒径为35-1000μm。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述模压成型的热压温度介于180℃～200℃，热压时间为2.5小时。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔融渗硅反应处理的温度为1450℃～1600℃，所述熔融渗硅反应处理的优选反应时长为15min～60min。
10.根据权利要求1～9中任一项所述方法制备的C/SiC陶瓷基复合材料。
...【技术特征摘要】
1.一种低成本制备c/sic陶瓷基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备碳纤维增强相方块，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述针刺碳纤维预制体平板的密度为0.50～0.65g/cm3，化学气相沉积碳处理后的密度应达到0.85～1.15g/cm3；所述化学气相沉积碳处理的时间为100～500h。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，切割后的所述碳纤维增强相方块的尺寸为：2mm×2mm×2mm～4mm×4mm×4mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备聚合物生坯，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨小健，冯士杰，刘鹏程，孙娅楠，郝乃蓉，于艺，刘俊鹏，于新民，刘伟，
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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