[发明专利]一种SiC纳米线改性C/C复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种SiC纳米线改性C/C复合材料的制备方法。

背景技术

碳纤维在C/C复合材料中起主要作用，提供复合材料的刚度和强度。碳基体起配合作用，支持和固定纤维，传递纤维间的载荷、保护纤维等。而界面则起着在碳纤维与基体碳之间传递载荷的作用。过强的界面结合力会使材料发生灾难性的脆性破坏；过弱的界面结合力会影响载荷的有效传递。因此，改善碳纤维与基体碳之间的界面有利于C/C复合材料性能的提高

SiC纳米线是SiC材料的纳米结构形式，既具有其块体材料本身所具备的各种优异性能，同时作为纳米材料而具备了许多新的特性。近年来，SiC纳米线的力学性能和在复合材料中的应用引起科学家的重视。

文献一“Yang W,Araki H,Tang C,et al.Single‐Crystal SiC Nanowires with a Thin Carbon Coating for Stronger and Tougher Ceramic Composites[J].Advanced Materials,2005,17(12):1519-1523.”和文献二“Yang W,Araki H,Kohyama A,et al.Process and Mechanical Properties of in Situ Silicon Carbide‐Nanowire‐Reinforced Chemical Vapor Infiltrated Silicon Carbide/Silicon Carbide Composite[J].Journal of the American Ceramic Society,2004,87(9):1720-1725”利用SiC纳米线增韧SiC_f/SiC复合材料，使得复合材料的PLS（比例限度强度）和弯曲强度分别比无增韧复合材料增加了30％和10％，而断裂功增加了一倍。上述研究采用CVI方法向预制体内添加SiC纳米线，但对设备要求较高，反应较难控制。

文献三“Nhuapeng W,Thamjaree W,Kumfu S,et al.Fabrication and mechanical properties of silicon carbide nanowires/epoxy resin composites[J].Current Applied Physics,2008,8(3):295-299”制备了SiC纳米线来改性环氧树脂复合材料，测试结果表明，添加SiC纳米线后，材料的的硬度和拉伸强度分别提高了384%和341%。该研究在制备复合材料之前，将SiC纳米线与环氧树脂混合后采用超声震荡的方法来分散SiC纳米线。而C/C复合材料中碳基体通常是通过高温下有机气体裂解生成的，因此较难采用此方法在制备复合材料之前向碳基体内添加SiC纳米线。

发明内容：

为了有效提高C/C复合材料的力学性能，本发明提出了一种SiC纳米线改性C/C复合材料的制备方法。

本发明的具体过程为：

步骤1：将碳纤维预制体用无水乙醇清洗10～30min后，放入烘箱内烘干备用；烘干温度为60～85℃；

步骤2、在碳纤维预制体中引入SiC纳米线，具体过程为：

1）制备SiC纳米线先驱体浸渍溶液：分别称取45～60wt.%的聚碳硅烷，35～55wt.%的二甲苯和2～10wt.%的二茂铁；混合并置于超声池中超声震荡5～8h，制备得到SiC纳米线的先驱体浸渍溶液；

2）真空浸渍：将碳纤维预制体放入浸渍罐中，抽真空至-0.08～-0.10Mpa，抽真空5～10min；将先驱体浸渍溶液加入浸渍罐中，直至碳纤维预制体完全淹没，真空浸渍30～90min后取出浸渍的碳纤维预制体并烘干，烘干温度为60～85℃，烘干后得到真空浸渍后的碳纤维预制体；

3）热处理；将浸渍后的碳纤维预制体在氩气炉中进行热处理，其中氩气流量为400～600ml/min；以2～5℃/min升温速度升温到1300～1700℃，保温2～5h；随炉冷却至室温，实现向碳纤维预制体中引入SiC纳米线；