[发明专利]过渡金属元素调控碳纤维增强陶瓷基复合材料界面的方法

说明书

本发明公开了一种过渡金属元素调控碳纤维增强陶瓷基复合材料界面的方法，包括以下步骤：将过渡金属元素盐溶液与陶瓷基体混合，球磨后得到混合均匀的浆料待用，制备纤维预制片，烧结。本发明实施例示例的过渡金属元素调控碳纤维增强陶瓷基复合材料界面的方法，极大的降低了调控界面的难度、成本和时间，同时也能保证了界面调控的有效性。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料制备技术领域，尤其涉及一种过渡金属元素调控碳纤维增强陶瓷基复合材料界面结构的方法。

背景技术

纤维增强陶瓷基复合材料在航空航天领域具有广泛的应用，而纤维和陶瓷基的界面结构是保证复合材料具有良好力学性能的关键因素。根据现有的研究结果表明，纤维和陶瓷基之间以弱界面相连时，能够促进裂纹的偏转，消耗裂纹功，使复合材料具有优异的抗弯强度和断裂韧性。

目前改善纤维增强陶瓷基复合材料界面结合的方法主要是在碳纤维表面沉积热解碳层和BN图层，所采用的工艺以化学气相沉积和化学气相渗透为主，该工艺虽然能够获得性能良好的制品，但是这些工艺需要在真空环境下，通过加热源使固体或者液态先驱体变为气相，然后通过低压气体运载至基底上沉积，这一过程往往非常耗时，而仪器长时间在高温环境下工作不可避免地会产生安全隐患，所以后期的维护和保养工作量较为庞大工艺较为复杂，成本较高，限制了其大范围应用。因此，急需一种工艺简单，成本较低，同时能够有效调控界面结构的方法。

发明内容

基于上述现有技术，本发明的目的在于提供一种过渡金属元素调控碳纤维增强陶瓷基复合材料界面的方法，本发明的方法极大的降低了调控界面的难度、成本和时间，同时也保证了界面调控的有效性。

第一方面，本申请实施例提供了一种过渡金属元素调控碳纤维增强陶瓷基复合材料界面的方法，包括以下步骤：将过渡金属元素盐溶液与陶瓷基体混合，球磨后得到混合均匀的浆料待用，制备纤维预制片，烧结。

优选的:所述过渡金属元素为铁、钴、镍金属粉末中的一种以上。

优选的：所述盐溶液为硝酸盐溶液，进一步的：所述硝酸盐溶液可以选自硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴中的一种以上。

优选的：所述陶瓷基体可以选自锂铝硅微晶玻璃、镁铝硅微晶玻璃、氧化铝、氧化硅、氧化物基等陶瓷、氮化硅、碳化硅等非氧化物陶瓷、钡铝硅微晶玻璃。

优选的：所述过渡金属元素盐与陶瓷基体的质量比在0.5-3.5％。

优选的：所述烧结的具体步骤为：将得到的纤维预制片叠层装入石墨磨具中，在真空热压炉中热压烧结，首先升温至700-900℃(优选的：以每分钟5℃的升温速度)，并且保温20-40分钟(优选的：30分钟)，之后以每分钟8-20℃(优选的：10℃)的升温速度加热到1300-1500℃ (优选的：1400℃)，并保温0.5-1.5小时，同时加压8-14Mpa，15-30 分钟即可。

第二方面，本申请实施例要求保护的上述任一方法制备得到的碳纤维增强陶瓷基复合材料。

第三方面，本申请实施例要求保护的上述任一方法制备得到的碳纤维增强陶瓷基复合材料在航空航天领域中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明实施例示例的过渡金属元素调控碳纤维增强陶瓷基复合材料界面的方法，首次将过渡金属元素促进石墨化的机制运用到陶瓷基复合材料的界面调控上，该种方法获得的石墨界面层对裂纹的偏转能力，通过改变过渡金属(例如：铁离子)的含量能够对陶瓷基界面结构进行合理的调控(如图2和图3所示)，通过促进碳纤维界面石墨化有效的提升了复合材料的抗弯强度和断裂韧性(如图4所示)，抗弯强度和断裂韧性分别提升30％和50％左右。

本发明实施例示例的过渡金属元素调控碳纤维增强陶瓷基复合材料界面的方法，极大的降低了调控界面的难度、成本和时间，同时也能保证了界面调控的有效性。