[发明专利]碳/碳纤维-硅硼碳氮陶瓷复合材料及其制备方法

权利要求书

1.碳/碳纤维-硅硼碳氮陶瓷复合材料，其特征在于碳/碳纤维-硅硼碳氮陶瓷复合材料由短碳纤维、酚醛树脂、丙酮和硅硼碳氮陶瓷复合粉末制备而成；所述的硅硼碳氮陶瓷复合粉末由硅粉、石墨和六方氮化硼粉体球磨混合而成；所述的短碳纤维与酚醛树脂的质量比为1：（1～12）；所述的酚醛树脂的质量与丙酮的体积的比为（10～60）g：1L；所述的短碳纤维与硅硼碳氮陶瓷复合粉末的体积比为（5～35）：100；所述的硅粉与石墨的质量比为1：（0.1～1.5）；所述的硅粉与六方氮化硼粉体的质量比为1：（0.1～1.2）；所述的短碳纤维长度为1mm～2mm，单丝直径为6μm～7μm；所述的硅粉纯度为99%～99.9%，粒径为1μm～20μm；所述的石墨纯度为99%～99.9%，粒径为1μm～20μm；所述的六方氮化硼粉体纯度为99%～99.9%，粒径为1μm～20μm。

2.根据权利要求1所述的碳/碳纤维-硅硼碳氮陶瓷复合材料，其特征在于所述的短碳纤维与酚醛树脂的质量比为1：（2～10）；所述的酚醛树脂的质量与丙酮的体积的比为（20～50）g：1L；所述的短碳纤维与硅硼碳氮陶瓷复合粉末的体积比为（8～32）：100；所述的硅粉与石墨的质量比为1：（0.1～1.2）；所述的硅粉与六方氮化硼粉体的质量比为1：（0.1～1.0）。

3.根据权利要求1或2所述的碳/碳纤维-硅硼碳氮陶瓷复合材料，其特征在于所述的短碳纤维与酚醛树脂的质量比为1：（3～9）；所述的酚醛树脂的质量与丙酮的体积的比为（25～48）g：1L；所述的短碳纤维与硅硼碳氮陶瓷复合粉末的体积比为（16～24）：100；所述的硅粉与石墨的质量比为1：（0.15～0.75）；所述的硅粉与六方氮化硼粉体的质量比为1：（0.15～0.85）。

4.如权利要求1所述的碳/碳纤维-硅硼碳氮陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于碳/碳纤维-硅硼碳氮陶瓷复合材料的制备方法按照以下步骤进行：

一、将酚醛树脂溶解在丙酮中，配制成碳涂层先驱体浸渍溶液；所述的酚醛树脂的质量与丙酮的体积的比为（10～60）g：1L；

二、将短碳纤维放在无水乙醇中，在超声频率为20KHz～50KHz下振荡25min～35min，然后置入干燥箱中，在温度为90～110℃下干燥30min～200min，然后放入步骤一中得到的碳涂层先驱体浸渍溶液中，在超声频率为20KHz～50KHz下浸渍15min～25min，取出后自然干燥，然后放入高温管式炉中，在氩气气氛保护和温度为500～1000℃的条件下，裂解20min～120min，得到碳涂层包覆的短碳纤维；步骤二中所述的碳涂层包覆的短碳纤维中短碳纤维的质量分数为70%～95%；步骤二中所述的短碳纤维与步骤二中的碳涂层先驱体浸渍溶液中酚醛树脂的质量之比为1：（1～12）；

三、将硅粉、石墨和六方氮化硼放入球磨机中，以球料比为20：1球磨45h～55h，得到硅硼碳氮陶瓷复合粉末；步骤三中所述的硅粉与石墨的质量比为1：（0.1～1.5）；步骤三中所述的硅粉与六方氮化硼粉体的质量比为1：（0.1～1.2）；步骤三中所述的硅粉的纯度为99.9%，粒径为1μm～20μm；步骤三中所述的石墨的纯度为99.0%，粒径为1μm～20μm；步骤三中所述的六方氮化硼的纯度为99.0%，粒径为1μm～20μm；步骤三中所述的磨球直径为10mm；

四、将步骤二中得到的碳涂层包覆的短碳纤维与硅硼碳氮陶瓷复合粉末在球料比为20：1下球磨混合22h～26h，然后进行热压烧结，得到碳/碳纤维-硅硼碳氮陶瓷复合材料；步骤四中所述的步骤二中得到的碳涂层包覆的短碳纤维与步骤三中得到的硅硼碳氮陶瓷复合粉末的体积比为（5～35）：100；步骤四中所述的热压烧结条件为：烧结温度为1400～2000℃，压力为10MPa～80MPa，烧结气氛为真空或氮气，烧结时间为10min～60min。

5.根据权利要求4所述的碳/碳纤维-硅硼碳氮陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的酚醛树脂的质量与丙酮的体积的比为（20～50）g：1L；步骤二中所述的碳涂层包覆的短碳纤维中短碳纤维的体积分数/质量分数为75%～90%；步骤二中所述的短碳纤维与步骤二中的碳涂层先驱体浸渍溶液中酚醛树脂的质量之比为1：（2～10）。