[发明专利]一种涂层增强C/SiC复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料的制备方法，涉及一种涂层增强C/SiC复合材料的制备方法。

背景技术

C/SiC陶瓷基复合材料克服了金属材料耐温低和密度大、陶瓷材料脆性大和可靠性差等缺点，具有耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化、抗烧蚀，对裂纹不敏感，不发生灾难性损毁等特点，在航空航天领域具有广泛的应用前景。随着航空航天技术的发展，对C/SiC复合材料制备的构件需求增加，其特点为品种多、数量大、要求高，由于构件的工作条件不同，如：机翼前缘要求材料具有高强度，燃烧室和喷管要求材料具有高韧性，而组合襟翼的驱动轴承要求材料同时具有高强度和高韧性。因而对C/SiC复合材料的力学性能，提出了不同的要求。

中国中南大学的肖鹏等发表在“中南大学学报”2007年第38卷第3期p381-385的题为“CVI-RMI法制备C/SiC复合材料的微观结构与弯曲性能”一文中，采用CVI-RMI制备C/SiC复合材料，弯曲强度为133MPa。中国西北工业大的徐永东等发表在“硅酸盐学报”2002年第30卷第2期p184-188的题为“连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料研究”一文中，系统介绍了C/SiC复合材料的力学性能，其抗弯强度为450MPa。纤维与基体之间沉积热解碳涂层，有利于纤维的拔出，但力学性能提高有限。中国西北工业大学的王炜，成来飞等发表在“固体火箭技术”2006年第29卷第6期p455-459的题为“2D C/SiC复合材料阻尼性能研究”一文中，对2D C/SiC复合材料的阻尼行为进行详细介绍。该文涉及试样表面沉积SiC涂层，复合材料孔隙率降低，材料阻尼性能大幅度降低。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种涂层增强C/SiC复合材料的制备方法，克服现有技术C/SiC复合材料结构控制有限、进一步提高强韧性存在局限性的不足。

技术方案

一种涂层增强C/SiC复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1制备SiC浆料：

步骤a1：以体积分数为20～30%酒精作为溶液，与SiC湿混球磨30～60min，烘干得到粉体；

步骤b1：将粉体总体积分数为10～20%，乙醇和丙酮为溶剂体积分数分别为30～40%和20～30%，磷酸三乙酯为分散剂2～3%，进行混合后球磨3～5h；

步骤c1：再加入聚乙烯醇缩丁醛PVB粘结剂体积分数为3～4%，邻苯二甲酸二辛酯增塑剂体积分数2～3%，继续球磨5～7h；然后真空除气泡20～30min，制得稳定浆料；

步骤2制备涂层增强C/SiC复合材料：

步骤2a：用碳纤维二维叠层编制预制体，纤维体积百分数为30～40%；

步骤2b：以丙稀为源物质，氩气为稀释气体，采用化学气相浸渗法在碳纤维预制体表面沉积PyC界面层，沉积温度为900～1000℃，沉积时间为100～200h；

步骤2c：在温度1600～1800℃条件下，保温1～3h进行热处理；

步骤2d：采用化学气相浸渗法沉积SiC基体，沉积条件如下：三氯甲基硅烷为源物质，氩气为稀释气体，氢气为载气，氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为10:1，沉积温度为1000～1100℃，沉积时间320～400h，形成C/SiC复合材料；

步骤3：在C/SiC复合材料表面涂覆SiC浆料涂层，采用化学气相沉积法在C/SiC复合材料表面沉积SiC保护层，沉积条件如下：三氯甲基硅烷为源物质，氩气为稀释气体，氢气为载气，氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为10:1，沉积温度为1000～1100℃，沉积时间80～100h，得到涂层增强C/SiC复合材料。

所述SiC浆料为SiC晶须浆料、SiC颗粒浆料或者SiC晶须和SiC颗粒混合浆料。

所述SiC晶须和SiC颗粒混合浆料的质量比为2:1～1:1。

所述SiC晶须采用平均直径为0.5μm和平均长度为18μm SiC晶须。

所述SiC颗粒的平均粒径为1.5μm SiC颗粒。

有益效果

本发明提出的一种涂层增强C/SiC复合材料的制备方法，通过控制沉积时间控制PyC和SiC基体和保护层的厚度，通过控制浆料粘度和涂覆次数控制浆料涂层厚度，形成涂层增强C/SiC复合材料。本发明制备方法，提高C/SiC复合材料的强韧性，并且可以对材料结构进行控制。