[发明专利]一种SiC纳米线增强Cf/SiC陶瓷基复合材料及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201710483098.4 申请日: 2017-06-14
公开(公告)号: CN107311682B 公开(公告)日: 2020-07-14
发明(设计)人: 陈照峰;廖家豪 申请(专利权)人: 南京航空航天大学
主分类号: C04B35/80 分类号: C04B35/80;C04B35/565;C04B35/622
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 210016 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 sic 纳米 增强 cf 陶瓷 复合材料 及其 制备 方法
【说明书】:

本发明公开了一种SiC纳米线增强Cf/SiC陶瓷基复合材料,由碳纤维编织体、热解碳界面层、原位生长SiC纳米线和SiC基体组成,其特征在于所述的热解碳界面层包覆在碳纤维表面,厚度为0.1~0.2μm;所述的热解碳界面层也包覆在SiC纳米线表面,厚度为0.02~0.04μm;所述的的SiC纳米线直径为20~150nm,纳米线数量比为20~50%的SiC纳米线两端粘结在碳纤维的热解碳表面上,数量比为10~30%的SiC纳米线一端粘结在碳纤维的热解碳表面上;SiC基体填充在碳纤维和SiC纳米线之间的空隙中;所述的复合材料体积密度大于1.8g/cm3,开口孔隙率小于10%。

技术领域

本发明涉及一种Cf/SiC陶瓷基复合材料及其制备方法,特别是涉及一种SiC纳米线增强Cf/SiC陶瓷基复合材料及其制备方法。

技术背景

Cf/SiC陶瓷基复合材料是指以碳纤维作为增强体,以SiC作为基体的一类复合材料,其作为碳纤维复合材料家族的一个重要成员,具有结构轻质、高比强高比模、耐高温、抗热震性好、低热膨胀系数以及抗氧化耐腐蚀等特点。Cf/SiC陶瓷基复合材料作为一种先进陶瓷基复合材料,已经被广泛的应用于发动机热段结构件、高速飞行器热防护系统等航空航天领域。

SiC基体的致密度和碳纤维与SiC基体结合的界面是影响Cf/SiC陶瓷基复合材料性能的重要因素。SiC基体是最先受到载荷作用的,其致密度越低,材料内部孔隙缺陷越多,材料的力学性能则越差,反之,材料的力学性能越好。界面有着在碳纤维和SiC基体之间传递载荷、保护碳纤维等作用。过强的界面结合会导致材料受到外力作用破坏时发生脆性断裂,过弱的界面结合则会导致材料的力学性能不足,由此,改善碳纤维与SiC基体结合的界面可以有效的增强Cf/SiC陶瓷基复合材料。

SiC纳米线是一种性能优异的纳米增强体,拉伸强度可达到53.4GPa,远大于SiC纤维和SiC晶须。将SiC纳米线原位生长在碳纤维热解碳界面层上,由于SiC纳米线沿着碳纤维径向放射状生长至纤维束内部、纤维束与纤维束间的空隙中,大大提高了碳纤维编织体内的比表面积,便于聚碳硅烷的附着,从而提高SiC基体的致密度;并且SiC纳米线还可以通过裂纹偏转及桥连等增韧机制,有效地强韧化碳纤维与SiC基体结合的界面,从而增强Cf/SiC陶瓷基复合材料。

中国专利CN102951919公开了一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法,其步骤:(1)将碳纤维织物在管式炉中脱胶除去表面环氧树脂胶;加热温度在350~450℃,保温25~40min,氮气保护;将聚碳硅烷充分溶解于溶剂中,配成质量百分比浓度在30~40%聚碳硅烷溶液;(2)采用真空浸溃的方法将聚碳硅烷溶液浸渍碳纤维织物;将浸渍碳纤维织物取出,在空气中凉干,在管式炉中230~250℃固化1~3小时;(3)将步骤(2)固化后的浸渍碳纤维织物在1100~1400℃下高温裂解1~2小时,得到陶瓷基复合材料。该方法工艺较为简单,易于控制,但是其原位生长的SiC纳米线分布不均匀且转化率比较低;同时,简单的真空浸渍过程会导致碳纤维织物浸渍不够充分,最终致使复合材料致密度较低且性能有差异化表现。

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