[发明专利]一种氧化铝纤维织物增强碳化硅陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维增强陶瓷材料领域，尤其涉及一种氧化铝纤维织物增强碳化硅陶瓷及其制备方法。

背景技术

纤维增强陶瓷材料具有低密度、优异的力学性能、耐高温和耐腐蚀等性能，是理想的高温结构材料体系。其中，碳/碳(C_f/C)复合材料和SiC陶瓷基复合材料(包括C_f/SiC和SiC_f/SiC)的应用最为广泛。然而，C纤维在氧化环境中容易发生氧化失效，导致复合材料使用温度较低(<500℃)。SiC_f/SiC复合材料在一定程度上可以解决C_f/SiC复合材料面临的氧化失效问题，但其应用受限于SiC纤维的耐温性能(<1200℃)。High-Nicalon SiC纤维的耐温性能较好，但其成本过高，不适于工业化生产。

氧化物纤维具有低密度、高比强度和比模量、耐高温等优异性能，相比于碳纤维和碳化硅纤维而言，其固有的抗氧化性能和耐环境性能，使其成为高温结构材料重要的增强材料。氧化物纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料在保持SiC_f/SiC复合材料力学性能的基础上，进一步提升了服役温度，延长了服役寿命，且抗氧化性能更为优异。此外，氧化物纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料还具有优异的介电性能，可作为高温功能材料使用，如高温透波材料和高温吸波材料。

氧化物纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的制备工艺主要有：先驱体浸渍裂解法(PIP)、化学气相渗透法(CVI)、液相硅浸渗法(LSI)和泥浆浸渍热压法(SI-HP)等。其中，SI-HP法适用于单向复合材料，难以成型复杂构件，且烧结温度过高，容易导致纤维热损伤和诱发纤维/基体界面反应；LSI法难以得到纯碳化硅基体，通常含有硅和碳，单质硅的存在不利于材料的高温性能；PIP法烧结温度低、可设计性强、可近净尺寸成型，但PIP制备的复合材料中纤维/基体界面结合较强，通常需要进行界面改性，提高了生产成本，且PIP制备复合材料的周期较长，降低了生产效率；CVI法制备温度低，工艺过程简单，且得到的SiC基体纯度高，亦可近净尺寸成型，已被广泛应用于制备C_f/SiC和SiC_f/SiC复合材料。

目前，刘海韬等利用PIP工艺制备了SiC_f/SiC复合材料，相关结果报道在2000年出版的《Materials Science and Engineering A》第525卷中的“Effects ofthe fiber surface characteristics on the interfacial microstructure and mechanical properties of the KD SiC fiber reinforced SiC matrix composites”(P121-127)，结果表明：未经界面改性的SiC_f/SiC复合材料表现出脆性断 裂行为，弯曲强度仅为30.5MPa；且复合材料断口十分平整，无界面脱粘和纤维拔出现象，也证实了纤维/基体界面结合较强。此外，PIP工艺制备的SiC基体中通常含有游离碳和玻璃相SiO_xC_y杂质，在氧化气氛中它们会首先与O₂发生反应而加剧SiC基体的氧化，导致复合材料的抗氧化性能不理想。而CVI工艺制备的SiC基体纯度高、抗氧化性能优异，但该工艺制备SiC陶瓷基复合材料的周期通常很长(>100h)，且需要进行界面改性，导致复合材料制备过程繁琐且成本偏高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种室温和高温力学性能优异的氧化物纤维织物增强碳化硅陶瓷，并相应提供一种制备周期短、成本低、可以近净尺寸成型的该氧化物纤维织物增强碳化硅陶瓷的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种氧化铝纤维织物增强碳化硅(Al₂O_3f/SiC)陶瓷，所述氧化铝纤维织物增强碳化硅陶瓷是以氧化铝纤维织物作为增强体，以碳化硅(SiC)陶瓷作为基体，所述氧化铝纤维织物增强碳化硅陶瓷主要是通过多次的化学气相渗透工艺制备得到。

上述的氧化铝纤维织物增强碳化硅陶瓷中，优选的：所述氧化铝纤维织物表面在沉积碳化硅陶瓷基体前原位生成有一薄层裂解碳涂层。

上述的氧化铝纤维织物增强碳化硅陶瓷中，优选的：所述薄层裂解碳涂层是通过化学气相渗透工艺原位生成。