[发明专利]一种Cr2

说明书

本发明属于陶瓷基复合材料制备技术领域，具体涉及一种Cr₂AlC改性的自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法。将Cr₂AlC颗粒混入制备陶瓷基复合材料的基体料浆中，与纤维制备成预浸料后，经过热压、炭化、熔融硅渗透即得Cr₂AlC改性的自愈合碳化硅陶瓷基复合材料。高温环境下，当裂纹扩展到自愈合相Cr₂AlC颗粒处，Cr₂AlC能够氧化生成玻璃相封填孔隙及裂纹，阻挡氧气等环境介质的进一步扩散，从而起到自愈合的功效。另外，Cr2AlC自身独特的层状结构有利于增加复合材料基体的韧性。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料制备技术领域，具体涉及一种Cr₂AlC改性的自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法。

背景技术

作为新型高推重比航空发动机用高温结构材料，陶瓷基复合材料在克服陶瓷材料脆性的同时，还具有比强度高、耐高温等性能优点。由于受成型工艺及内部结构等因素的影响，陶瓷基复合材料不可避免地存在孔隙和微裂纹等结构缺陷，这些缺陷能够为氧气等环境介质提供传输通道，在高温下使得材料内部受到侵蚀，从而严重影响材料的使用寿命。因此，研究具有自愈合能力的陶瓷基复合材料具有重要意义。

自愈合陶瓷基复合材料是一种基于仿生学概念发展起来的高技术复合材料，它能够对外界造成的不可见裂纹(或在施以外界刺激的情况下)自动进行修复，使裂纹基本愈合，从而达到性能可以继续维持的目的，为预防潜在的危害提供了一种新方法。

近年来，MAX相陶瓷(三元过渡金属化合物，其中M为过渡金属元素；A为主族元素；X为C或者N)由于其自身独特的结构决定了它兼顾金属以及陶瓷材料的优异特性而受到广泛关注。有研究表明MAX相陶瓷在高温氧气气氛下能展现出显著的自愈合能力，最常见的有Ti₃AlC₂、Ti₂AlC及Cr₂AlC，其自愈合机理都是通过在裂纹表面生成牢固的玻璃相α-Al₂O₃，从而阻止氧化介质的进一步扩散，以达到材料的自愈合的目的，延长使用寿命。而对于Ti-Al-C 三元体系的MAX相，氧化后生成α-Al₂O₃的同时还将生成易造成基体缺陷的多孔TiO₂，反而制约材料力学性能提高。Cr₂AlC作为近年来新型自愈合MAX相，其在高温下优先于裂纹表面生成致密的氧化产物α-Al₂O₃，利于陶瓷基体中裂纹的愈合，但是，由于该陶瓷硬度低且用于评判其可应用温度范围的韧脆转变温度(BDTT)≤1050℃，因此并不适用于作为高温结构材料单独使用。

国内外涉及到高温自愈合陶瓷的文献绝大多数是利用基体内存在的含硼化合物在高温下被氧化为玻璃态流动相封填基体裂纹，为氧气向材料内部扩散提供屏障，最终发挥自愈合功能。但有研究表明，超过1100℃该氧化产物B₂O₃将大量挥发，使得自愈合相被破坏。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足提出一种Cr₂AlC改性的自愈合碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法。本发明的技术解决方案包括以下步骤：

步骤1：将Cr₂AlC粉体、石墨粉和酚醛树脂加入乙醇中，球磨12h～24h混合均匀。所述酚醛树脂：Cr₂AlC粉：石墨粉：乙醇的质量份数比为30～80：20～60：10～50：110～290。

步骤2：将含有界面层的碳化硅纤维织物浸渍于步骤1得到的料浆中，制成纤维预浸料。

步骤3：将步骤2得到的预浸料经裁剪、热压成型，冷却后脱模，得到预制体。所述热压温度为120℃～300℃，压力为1MPa～10MPa，热压时间为0.5h～3h。