【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高性能sibcn界面层、sibcn界面层保护的sic纤维增强sic陶瓷基复合材料及其制备方法，属于纤维增强陶瓷基复合材料制备。
技术介绍
1、sicf/sic陶瓷基复合材料是一种新型的高温热结构材料，具备高比强度和模量、低密度、优良的热化学稳定性能及抗氧化等性能，在航空发动机涡轮外环、燃烧室内衬、涡轮叶片、尾喷管调节片、密封片等高温结构件上获得了成功应用。这些结构件在使用过程中需要长期经受高温燃气的反复冲刷等复杂环境，材料在高温氧化环境下的稳定性对材料的成功使用起到决定性影响因素。界面相作为整个sicf/sic陶瓷基复合材料中的重要组成部分，对材料力学性能的有效发挥起着关键作用，因此开展界面相的研制显得尤为重要。
2、硅硼碳氮(sibcn)陶瓷是一种高温结构陶瓷材料，具备优异的耐高温、耐热震、抗蠕变、抗氧化和耐烧蚀性能，抗氧化性能优于传统sic和si3n4陶瓷。近年来，作为陶瓷基复合材料中界面层和基体相使用受到众多学者的关注和重点研究。目前，制备sibcn陶瓷的方法主要有化学气相沉积法、聚合物裂解法和机械合金法等。聚合物裂解法由于在前驱体高温裂解过程中存在小分子溢出，容易造成生成的sibcn界面层表面不致密和孔洞，表面容易存在裂纹，进而无法完全有效地保护纤维；机械合金法由于制备过程中需要经过高温热压烧结，容易对sic纤维造成损伤，同时只适合于形状简单的试样制备，不适于复杂异型结构件；而化学气相沉积法由于前驱体组分和产物组分可控、产物纯度高、沉积温度低、对纤维损伤低等显著优势，是纤维预制体内部sibcn界
3、目前采用化学气相沉积(cvd)法制备sibcn界面涂层并应用于陶瓷基复合材料的报道很少。中国专利1(申请号201310178800.8)公开一种si-b-c-n非晶陶瓷的化学气相沉积方法，其以sich3cl3或sicl4、bcl3、nh3为前驱体，氢气和氩气作为载气和稀释气体，在碳纤维表面成功制备了sibcn界面，但其并没给出采用sibcn作为界面涂层使用时材料性能的具体数值，根据专利中提及的工艺参数和条件在仅沉积sibcn界面相的基础上无法获得高力学性能(三点弯曲强度)的sic纤维增强陶瓷基复合材料，因为材料的性能不仅仅由界面相决定，基体致密度在很大程度上同样决定了材料的力学性能对于界面相的要求，而且sic纤维完全不同于碳纤维，两者没有可比性。中国专利2(申请号202110323658.6)公开了采用化学气相沉积方法制备sibcn界面层，其中n2/ar为稀释气体时纤维束表面白色副产物明显减少，界面涂层沉积效果显著改善，而采用h2/ar为稀释气体时纤维束表面被白色副产物包裹，界面无法均匀有效的包裹住纤维，会对材料后期基体致密化及材料性能产生不利影响。孙逊在《ceramics international》杂志上发表的“effects of cvd sibcn interphaseson mechanical and dielectric properties ofsicf/sic composites fabricated viaa pip process”，其采用硼吖嗪和液态聚碳硅烷为前驱体在kd-ii sic纤维表面制备了sibcn界面并采用前驱体浸渍裂解法(pip)对材料进行致密化，聚碳硅烷(pcs)为有机前驱体，虽然所制备的含sibcn界面相sic/sic材料抗氧化性能显著，但是材料三点弯曲强度显著偏低(只有69.2mpa)，同时材料断裂位移显著偏低，材料力学性能远未达到工程应用使用要求。
技术实现思路
1、针对sicf/sic陶瓷基复合材料采用sibcn作为界面相使用时材料存在力学性能偏低的现状，本专利技术提供了一种高性能sibcn界面层及其制备方法和sibcn界面层保护sicf/sic陶瓷基复合材料。具体地，采用本专利技术提供的方法制备的sibcn界面涂层拥有优异的界面脱粘和力学传递效果，所制备材料可以在一定程度上满足实际工程应用需求，而且本专利技术方法提供的界面组成成分、厚度和均匀性等方面可重复性强、可有效调控、界面沉积操作简单的方法，为进一步开发sicf/sic复合材料用界面相提供了新的研究思路和方法。
2、第一方面，本专利技术提供了一种高性能sibcn界面层的制备方法，其特征在于，包括：(1)将纤维预制体用夹具固定并放置于炉内反应室中，在真空状态下升温至沉积温度600～850℃并保温0.5h～2h；(2)三氯甲基硅烷以ch3cl3si为硅源和碳源，bcl3为硼源，nh3为氮源，h2为稀释气体和载气，ar为稀释气体，控制nh3和bcl3分别通过不同的输送管道输送至反应室内，在0.01～3kpa，600～850℃下沉积2h～20h，在纤维预制体中纤维表面制备得到sibcn界面层；(3)将沉积有sibcn界面层的纤维预制体经稳定化处理，得到所述高性能sibcn界面层
3、较佳的，步骤(1)中，所述sic纤维预制体包括：sic纤维束、sic纤维布、sic纤维二维叠层、sic纤维二维缝合、sic纤维3d编织、sic纤维2.5d编织预制体中的至少一种。
4、较佳地，步骤(1)中，所述模具包括石墨模具、氧化铝陶瓷模具、碳化硅陶瓷模具、和氮化硅陶瓷模具中的一种；所述真空状态的真空度为5pa以下，优选为3pa以下。
5、较佳地，步骤(1)中，所述沉积温度的升温制度包括：500℃以下升温速率为6～10℃/min，500℃以上升温速率为1～5℃/min。
6、较佳地，步骤(2)中，所述nh3和bcl3的摩尔比为0.5～20；bcl3和mts的摩尔比为0.1～5；稀释气体ar和bcl3的摩尔比为5～30；h2和bcl3的摩尔比为0.5～30。
7、较佳地，步骤(3)中，所述稳定化处理的温度为1100～1500℃，时间为0.5～3h。
8、第二方面，本专利技术提供了一种根据上述所述的制备方法制备的sibcn界面层保护的sic纤维预制体，所述sibcn界面层保护的sic纤维预制体中sibcn界面层的厚度不超过2μm。
9、第三方面，本专利技术提供了一种sibcn界面层保护sicf/sic陶瓷基复合材料的制备方法，包括：(1)采用化学气相渗透工艺对权利要求7所述的sibcn界面层保护的sic纤维预制体进行初步sic致密化，得到初步致密化sibcn界面层保护sicf/sic陶瓷基复合材料；将所得初步致密化sibcn界面层保护sicf/sic陶瓷基复合材料采用液态树脂溶液浸渍，取出后再经固化和裂解；(2)重复步骤(1)中浸渍-固化-裂解至少2次，得到含碳多孔预制体；(3)将所述含碳多孔预制体采用反应熔融沉积法进行渗硅处理，得到所述sibcn界面层保护sicf/sic陶瓷基复合材料。
10、较佳地，采用化学气相渗透工艺进行初步sic致密化的参数包括：采用三氯甲基硅烷为sic前驱体；稀释气体为氢气和氩气，摩尔比为1～5，稀释气体总流量为1000～4000ml/min；载气为氢气，流本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能SiBCN界面层的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述SiC纤维预制体包括：SiC纤维束、SiC纤维布、SiC纤维二维叠层、SiC纤维二维缝合、SiC纤维3D编织、SiC纤维2.5D编织预制体中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述模具包括石墨模具、氧化铝陶瓷模具、碳化硅陶瓷模具、和氮化硅陶瓷模具中的一种；所述真空状态的真空度为5Pa以下，优选为3Pa以下。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述沉积温度的升温制度包括：500℃以下升温速率为6～10℃/min，500℃以上升温速率为1～5℃/min。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述NH3和BCl3的摩尔比为0.5～20；BCl3和MTS的摩尔比为0.1～5；稀释气体Ar和BCl3的摩尔比为5～30；H2和BCl3的摩尔比为0.5～30。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的
7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法制备的SiBCN界面层保护的SiC纤维预制体，其特征在于，所述SiBCN界面层保护的SiC纤维预制体中SiBCN界面层的厚度不超过2μm。
8.一种SiBCN界面层保护SiCf/SiC陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，采用化学气相渗透工艺进行初步SiC致密化的参数包括：采用三氯甲基硅烷为SiC前驱体；稀释气体为氢气和氩气，摩尔比为1～5，稀释气体总流量为1000～4000ml/min；载气为氢气，流量为100～200ml/min；
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述液态树脂溶液中液态树脂包括：酚醛树脂、糠醛树脂、沥青树脂中的至少一种；
11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍的真空度为1～10KPa，浸渍的时间为10～120分钟；
12.根据权利要求8-11中任一项所述的制备方法，其特征在于，采用反应熔融沉积法进行渗硅处理的参数包括：熔渗温度为1420～1600℃，熔渗时间为0.5～2h。
13.一种根据权利要求8-12中任一项所述的制备方法得到的SiBCN界面层保护SiCf/SiC陶瓷基复合材料。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能sibcn界面层的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述sic纤维预制体包括：sic纤维束、sic纤维布、sic纤维二维叠层、sic纤维二维缝合、sic纤维3d编织、sic纤维2.5d编织预制体中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述模具包括石墨模具、氧化铝陶瓷模具、碳化硅陶瓷模具、和氮化硅陶瓷模具中的一种；所述真空状态的真空度为5pa以下，优选为3pa以下。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述沉积温度的升温制度包括：500℃以下升温速率为6～10℃/min，500℃以上升温速率为1～5℃/min。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述nh3和bcl3的摩尔比为0.5～20；bcl3和mts的摩尔比为0.1～5；稀释气体ar和bcl3的摩尔比为5～30；h2和bcl3的摩尔比为0.5～30。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述稳定化处理的温度为1100～1500℃，时间为0.5～3h。
7.一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖春景，董绍明，胡建宝，阚艳梅，陈小武，于峰，徐兵，林玲，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：
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