[发明专利]一种稀土氧化物改性碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种稀土氧化物改性碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法，所述方法包括：将纤维预制体浸渍于稀土盐溶液中并蒸发所述稀土盐溶液的溶剂后，得到负载有稀土盐的纤维预制体；将所得负载有稀土盐的纤维预制体置于惰性气氛中，在500～900℃下裂解20～40分钟后，再经过熔渗Si致密化或CVI致密化，得到所述稀土氧化物改性碳化硅陶瓷基复合材料。

技术领域

本发明涉及一种稀土改性碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法，具体涉及一种稀土氧化物在纤维周围具有环状有序分布结构的碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法，属于复合材料制备领域。

背景技术

航空发动机是确保飞机使用性能的决定因素。高性能航空发动机的发展对热结构材料提出了极为苛刻的要求。连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料具有耐高温、比强度高，且在应力作用下表现为非脆性断裂失效方式等特点，被认为是可替代部分高温金属材料作为新一代高性能航空发动机热端部件的重要候选材料。

高温氧化条件下，碳化硅陶瓷基复合材料的碳化硅会氧化形成一层二氧化硅保护层。所得二氧化硅保护层抑制了碳化硅陶瓷基复合材料的进一步氧化。但是在水蒸气作用下，二氧化硅保护层与水发生反应，形成挥发性的氢氧化硅，反而加速了对碳化硅陶瓷基复合材料的侵蚀。现有的解决方案是在复合材料表面施加环境屏障涂层。在文献1中，通过浸渍涂敷的方法在C_f/SiC复合材料表面得到约为100μm厚的Y₂SiO₅层以提高材料的抗氧化性能。在文献2中，采用等离子体喷涂法在SiC_f/SiC复合材料表面构建多层环境障碍涂层来提高复合材料的抗水氧性能，而稀土硅酸盐是多层环境障碍涂层的最外层。但是这些方案存在一些问题：环境障碍涂层的制备工艺复杂；环境障碍涂层和陶瓷基复合材料之间始终存在热膨胀系数不匹配，在长时间服役条件下，环境障碍涂层存在着剥落的问题。在专利文献1中，通过浆料浸渍法把环境障碍涂层的成分如铝、钇等元素引入基体中，对基体进行改性，提高纤维增强陶瓷基复合材料基体自身的抗水氧性能，减少纤维增强陶瓷基复合材料对环境障碍涂层的依赖性，增强复合材料和环境障碍涂层的兼容性，从而提高纤维增强陶瓷基复合材料的可靠性。但是，由于在复合材料中特别是纤维束内孔隙较小，受浆料浸渍法工艺限制，在复合材料纤维预制体中引入的稀土元素的含量和分布状态均难以控制，导致复合材料中稀土元素含量低，不能均匀分布，从而极大地影响稀土元素对复合材料抗水氧性能的提升。

参考文献：

文献1：Mario Aparicio and Alicia Drán.Yttium Silicate Coating forOxidation Protection of Carbon-siliconCarbideComposites[J].Journal ofAmerican Ceramic Society.83[6]1351-55(2000).；

文献2：Kang N.Lee,Dennis S.Fox,et al.Rare Earth Silicate EnvironmentalBarrier Coatings for SiC/SiC Composites and Si3N4Ceramics[J].Journal of theEuropean Ceramic Society 25(2005)1705-1715.；

专利文献1：Andrew J.Lazur,Kang N.Lee.Silicon Carbide Ceramic MatrixComposites Containing A Rare Earth Compound[P].WO 2014/149757A1.25September2014.。

发明内容

针对稀土元素在复合材料中引入纤维束内困难和分布不均等问题，本发明的目的在于提供一种稀土氧化物改性碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种稀土氧化物改性碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，包括：