[发明专利]具有电磁功能的SiC纤维增韧SiBCN陶瓷基复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种具有电磁功能的SiC纤维增韧SiBCN陶瓷基复合材料及制备方法，首先选用具有一定形状的SiC纤维预制体，然后通过CVI法在SiC纤维表面原位自生一定含量的SiC纳米线，形成SiC纳米线多孔界面，最后采用CH₃SiCl₃‑BCl₃‑NH₃‑H₂‑Ar气体体系在适合的温度范围内CVI沉积SiBCN基体，进而获得具有多孔弱界面结合的SiC纤维增韧SiBCN陶瓷基复合材料。本发明方法可以有效地调控界面相和基体相的成分和电磁性能，可根据不同纤维预制体选取合适的制备组合,从而获得高性能的结构功能一体化的复合材料。所制备的SiBCN陶瓷基体不仅致密均匀有利于承载和保护纤维提高复合材料强度，而且陶瓷化程度和纯度高，电磁性能优异。

技术领域

本发明涉及一种具有电磁功能的SiC纤维增韧SiBCN陶瓷基复合材料及制备方法，具体是以SiC纤维为增强体、SiC纳米线为多孔界面、SiBCN陶瓷为基体，仅采用化学气相渗透制备陶瓷基复合材料的方法。

背景技术

随着雷达探测技术的发展，全方位隐身成为未来飞行器的必备能力。吸波剂、吸波材料种类繁多，但“厚度薄、质量轻、吸收频率宽、吸收能力强”始终是该类材料共同的发展目标。结构型吸波材料在先进树脂基复合材料基础上发展起来，可用于制备各种形状复杂构件，如机翼、尾翼和进气道等。其既具备复合材料质轻高强的优点，在结构上能承载，而且还能吸收电磁波，具有涂覆型吸波材料无可比拟的优势，是当代吸波材料的主要发展方向。随着先进武器装备的开发与应用，吸波材料还需要满足高温服役要求。要提高战斗机和巡航导弹等空中武器装备的战场生存能力，要求其尾喷管、鼻锥帽、如提高战斗机和巡航导弹等空中武器装备的战机翼前沿等服役温度达700℃甚至1000℃以上。航空发动机尾部热结构件对电磁波的强反射是飞行器无法躲避雷达侦测的主要原因。因此，发展满足高温应用要求的雷达吸波剂和吸波材料已成为隐身材料领域的研究热点，发展可用于航空发动机热结构件的高温结构吸波一体化材料是实现飞行器全方位隐身的关键。

高温吸波剂是高温吸波材料的主要组成单元。高温吸波剂的选择是发展高温吸波材料的关键。密度较大的磁性吸波剂在居里温度以上转变为顺磁体，失去磁性，不适于作为高温吸波剂使用。因此，目前备受关注的高温吸波剂以电损耗介质为主，主要包括纤维类和粉体类两种。与碳材料相比，硅基材料具有更优异的抗氧化性和高温使用性能，常用的主要是SiC纤维类和SiC粉体类高温吸波剂。

连续SiC纤维增强陶瓷基复合材料是最具优势的新型高温结构材料，具有耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化、抗疲劳蠕变，不发生灾难性损毁等特点，已广泛用于航空、航天、核能和化工等领域。更是推重比10以上航空发动机不可缺少的热结构材料，最高工作温度可达1650℃。同时，SiC纤维是一种宽带隙半导体，电磁性能可调可控，这使SiC纤维增强陶瓷基复合材料在高温结构吸波材料领域具有重要研究价值和应用潜力。

SiC纳米线具有纳米材料特有宏观量子隧道效应、纳米尺寸效应、以及界面效应等特点，使其在电、光、磁等物理性质方面发生质变，不仅电磁损耗增大，而且兼具吸波、透波、偏振等多种功能；同时具有频带宽、兼容性好、质量轻和厚度薄等优点，使之成为各国研究的热点。其吸波机理是：随材料尺寸减小，表面原子比例升高，纳米微粒比表面积增大，晶体缺陷增加，悬挂键增多，易形成界面极化。