本发明专利技术涉及连续碳纤维增强的C-SiC双元基复合材料及其制备方法。其中，该方法包括：(1)粉碎BN粉或SiC粉；(2)将所得到的细粉与无水酒精进行混合、分散、加入硼酚醛树脂并加热，获得浆料；(3)将二维碳纤维布浸入得到的浆料中进行浸渍，以便得到经过包覆的二维碳纤维布；(4)利用饱和硼树脂胶液，将经过包覆的二维碳纤维布进行连续叠层，得到碳纤维增强的树脂基复合材料素坯体；(5)将碳纤维增强的树脂基复合材料素坯体进行裂解，得到多孔碳纤维增强的炭基复合材料预制体；(6)将多孔碳纤维增强的炭基复合材料预制体埋在硅粉中，以便得到连续碳纤维增强的C-SiC双元基复合材料。利用该方法，能够有效地制备连续碳纤维增强的C-SiC双元基复合材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及陶瓷基复合材料领域。具体地，本专利技术涉及连续碳纤维增强的C-SiC 双元基复合材料及其制备方法。
技术介绍
碳纤维增强的C-SiC双元基复合材料(在本文中有时也称为C/C-SiC复合材料)， 除了具备耐高温、高比强度、高比模量、低热膨胀系数以及优异的高温热力学稳定性等一系列优良性能外，还具有基体致密度高、耐热震抗烧蚀、热化学稳定性好和对苛刻环境适应性强等特性，是一种轻质耐高温的新型复合材料，在航空航天、先进能源系统、高温热交换系统及高性能制动系统等高温
拥有巨大的应用潜力。然而，目前的碳纤维增强的C-SiC双元基复合材料及其制备方法仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术是基于申请人的下列发现而完成的目前的碳纤维增强的C-SiC双元基复合材料制备方法，主要包括化学气相浸溃法(Chemical Vapor Infiltration :CVI)、化学气相浸溃法与聚合物浸溃裂解法(Polymer Infiltration Pyrolysis PIP)混合工艺，以及化学气相浸溃法与液相娃熔渗(Liquid Silicon Infiltration LSI)法混合工艺。其中，采用CVI工艺制备复合材料，制备周期长， 且基体难以致密化。而另外两种工艺也采用了 CVI方法，因此，同样具有工艺复杂、制备周期长和基体难以致密化的问题。本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种制备周期 根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种制备连续碳纤维增强的C-SiC双元基复合材料的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括以下步骤(I)将选自BN粉和SiC粉的至少一种进行粉碎，以便得到粒度为40微米以下的细粉；(2)将所得到的细粉与无水酒精进行混合，并在超声下进行分散，再加入硼酚醛树月旨，并加热至30-50摄氏度，以便使得硼酚醛树脂溶解，获得浆料；(3)将二维碳纤维布浸入得到的浆料中进行浸溃，并将经过浸溃的二维碳纤维布依次进行干燥和第一固化处理，以便得到经过包覆的二维碳纤维布，其中经过包覆的二维碳纤维布包覆有选自BN粒子和SiC粒子的至少一种；(4)利用饱和硼树脂胶液，将经过包覆的二维碳纤维布进行连续叠层，并对经过叠层的二维碳纤维布依次进行真空处理和第二固化处理，以便得到碳纤维增强的树脂基复合材料素坯体，其中，饱和硼树脂胶液是通过将硼树脂溶解于无水酒精中而得到的；(5)将所得到的碳纤维增强的树脂基复合材料素坯体在1000摄氏度以上的温度下进行裂解，以便得到多孔碳纤维增强的炭基复合材料预制体，其中，裂解是在真空或氮气环境下进行的；以及(6)将上述得到的多孔碳纤维增强的炭基复合材料预制体埋在硅粉中，并在惰性气体或真空环境中，于1500-1650摄氏度的温度下保持预定时间，以便得到连续碳纤维增强的C-SiC双元基复合材料。专利技术人惊奇地发现，利用本专利技术的制备连续碳纤维增强的C-SiC双元基复合材料的方法，能够高效地制备连续碳纤维增强的C-SiC双元基复合材料，并且制备工艺简单、周期短、成本低、残碳率高，获得的产品致密度高、碳纤维损伤小、抗氧化性能好、强韧性高、强度和应变性能好、使用寿命长。此外，根据本专利技术的实施例，本专利技术的制备连续碳纤维增强的C-SiC双元基复合材料的方法，能够用于制备复杂形状的复合材料构件，以及改进复合材料构件的基体性能，并且由于工艺简单、成本低，而适于批量化生产。根据本专利技术的实施例，在步骤(I)中，将选自BN粉和SIC粉的至少一种进行粉碎， 可以进一步包括将选自BN粉和SiC粉的至少一种与无水酒精混合后，于高能球磨机中进行分散和细化，以便获得初级粉末，其中BN粉为亚微米级，SiC粉为纳米级；将初级粉末于干燥箱中进行干燥处理，以便获得干燥的粉末；以及将干燥的粉末进行研磨并使其分散，再利用400目的筛子进行过筛处理，以便获得粒度为40微米以下的细粉。根据本专利技术的实施例，在步骤(I)中，将细粉与无水酒精进行混合的比例不受特别限制。根据本专利技术的一些具体示例，可以将所得到的细粉与无水酒精按照重量比O. 02 O. I I，优选O. I I进行混合。根据本专利技术的实施例，在步骤(2)中，进行分散的设备不受特别限制，只要能够使分散在在超声下进行即可。根据本专利技术的一些具体示例，在超声下进行分散是利用超声波槽进行的。根据本专利技术的实施例，在步骤(2)中，硼酚醛树脂的形式不受特别限制。根据本专利技术的一些具体示例，硼酚醛树脂 的是以硼酚醛树脂与无水酒精的混合物的形式提供的，其中在硼酚醛树脂与无水酒精的混合物中，硼酚醛树脂与无水酒精的重量比为O. 25 I。根据本专利技术的实施例，在步骤(3)中，第一固化处理是在200摄氏度以上的温度下进行的，优选在230摄氏度下进行。根据本专利技术的实施例，进行第一固化处理所需的时间并不受特别限制。本领域技术人员可以根据具体情况来设置固化时间，例如可以通过预先实验来确定固化时间。根据本专利技术的实施例，进行第一固化处理时间可以为至少5小时。根据本专利技术的实施例，在步骤(4)中，饱和硼树脂胶液中的硼树脂与无水酒精的重量比为O. 8 I。根据本专利技术的实施例，在步骤(4)中，将经过包覆的二维碳纤维布进行连续叠层进一步包括将饱和硼树脂胶液注入模具中；以及于注有饱和硼树脂胶液的模具中将经过包覆的二维碳纤维布进行连续叠层至20层，并保持约20分钟，以便获得经过叠层的二维碳纤维布。需要说明的是，在本说明书中所采用的表达方式“将经过包覆的二维碳纤维布进行连续叠层”是指，首先将第一层经过包覆的二维碳纤维布浸入注有饱和硼树脂胶液的模具中，待该层经过包覆的二维碳纤维布浸透饱和硼树脂胶液后，再将第二层经过包覆的二维碳纤维布覆盖其上，待第二层经过包覆的二维碳纤维布浸透饱和硼树脂胶液后，再覆盖第三层，由此连续叠层，即可获得经过叠层的二维碳纤维布。并且经过叠层的二维碳纤维布的厚度不受特别限制，可以根据实际试验需要控制进行叠层的经过包覆的二维碳纤维布的层数，根据本专利技术的一个实施例，优选地，将经过包覆的二维碳纤维布进行连续叠层至20 层。此外，对经过叠层的二维碳纤维布进行真空处理，可以排除纤维束中的气泡，由此可以利于饱和硼树脂胶液充分浸入到经过叠层的二维碳纤维布的纤维束中，从而能够使基体密实化。根据本专利技术的实施例，在步骤(4)中，依次在第一温度和第二温度下进行第二固化处理，其中第一温度和第二温度均在130摄氏度以上，且第一温度低于第二温度，优选地，第一温度和第二温度分别为130摄氏度和180摄氏度。根据本专利技术的实施例，在第二温度下的固化处理的时间可以大于在第一温度下的固化处理的时间。根据本专利技术的具体实施例，在130摄氏度进行固化处理5小时，在180摄氏度下进行固化处理进行20小时。根据本专利技术的实施例，在步骤(5)中，进行裂解的条件不受特别限制，可以在1000 摄氏度以上的温度下，于真空或氮气环境中进行。根据本专利技术的一些具体示例，裂解是在氮气环境中，于1200摄氏度下，以I. 5摄氏度/分钟的升温速度进行的。由此，能够有效地获得多孔碳纤维增强的炭基复合材料预制体。根据本专利技术的实施例，在步骤￠)中，硅粉的粒度为75微米以下。因此，根据本专利技术的一些实施例，在进行步骤(6)之前，即将多孔碳纤维增强的炭基复合本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备连续碳纤维增强的C?SiC双元基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将选自BN粉和SiC粉的至少一种进行粉碎，以便得到粒度为40微米以下的细粉；(2)将所得到的细粉与无水酒精进行混合，并在超声下进行分散，再加入硼酚醛树脂，并加热至30?50摄氏度，以便使得所述硼酚醛树脂溶解，获得浆料；(3)将二维碳纤维布浸入所述浆料中进行浸渍，并将经过浸渍的二维碳纤维布依次进行干燥和第一固化处理，以便得到经过包覆的二维碳纤维布，其中所述经过包覆的二维碳纤维布包覆有选自BN粒子和SiC粒子的至少一种；(4)利用饱和硼树脂胶液，将所述经过包覆的二维碳纤维布进行连续叠层，并对经过叠层的二维碳纤维布依次进行真空处理和第二固化处理，以便得到碳纤维增强的树脂基复合材料素坯体，其中，所述饱和硼树脂胶液是通过将硼树脂溶解于无水酒精中而得到的；(5)将所述碳纤维增强的树脂基复合材料素坯体在1000摄氏度以上的温度下，以1?2.5摄氏度/分钟的升温速度进行裂解，以便得到多孔碳纤维增强的炭基复合材料预制体，其中，所述裂解是在真空或氮气环境下进行的；以及(6)将所述多孔碳纤维增强的炭基复合材料预制体埋在硅粉中，并在惰性气体或真空环境中，于1500?1650摄氏度的温度下保持预定时间，以便得到所述连续碳纤维增强的C?SiC双元基复合材料。...
【技术特征摘要】
1.ー种制备连续碳纤维增强的C-SiC双元基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)将选自BN粉和SiC粉的至少ー种进行粉碎，以便得到粒度为40微米以下的细粉； (2)将所得到的细粉与无水酒精进行混合，并在超声下进行分散，再加入硼酚醛树脂，并加热至30-50摄氏度，以便使得所述硼酚醛树脂溶解，获得浆料； (3)将ニ维碳纤维布浸入所述浆料中进行浸溃，并将经过浸溃的ニ维碳纤维布依次进行干燥和第一固化处理，以便得到经过包覆的ニ维碳纤维布，其中所述经过包覆的ニ维碳纤维布包覆有选自BN粒子和SiC粒子的至少ー种； (4)利用饱和硼树脂胶液，将所述经过包覆的ニ维碳纤维布进行连续叠层，并对经过叠层的ニ维碳纤维布依次进行真空处理和第二固化处理，以便得到碳纤维增强的树脂基复合材料素坯体，其中，所述饱和硼树脂胶液是通过将硼树脂溶解于无水酒精中而得到的； (5)将所述碳纤维增强的树脂基复合材料素坯体在1000摄氏度以上的温度下，以1-2. 5摄氏度/分钟的升温速度进行裂解，以便得到多孔碳纤维增强的炭基复合材料预制体，其中，所述裂解是在真空或氮气环境下进行的；以及 (6)将所述多孔碳纤维增强的炭基复合材料预制体埋在硅粉中，并在惰性气体或真空环境中，于1500-1650摄氏度的温度下保持预定时间，以便得到所述连续碳纤维增强的C-SiC双元基复合材料。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在步骤(I)中，所述将选自BN粉和SIC粉的至少ー种进行粉碎，进ー步包括 将所述选自BN粉和SiC粉的至少ー种与无水酒精混合后，于高能球磨机中进行分散和细化，以便获得初级粉末，其中所述BN粉为亚微米级，所述SiC粉为纳米级； 将所述初级粉末于干燥箱中进行干燥处理，以便获得干燥的粉末；以及 将所述干燥的粉末进行研磨并使其分散，再利用400目的筛子进行过筛处理，以便获得粒度为40微米以下的细粉。3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在步骤(I)中...
【专利技术属性】
技术研发人员：沙建军，胥明，吴国强，
申请(专利权)人：安徽众星新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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