[发明专利]一种耐高温结构吸波型陶瓷基复合材料的快速制备方法

说明书

本发明涉及一种耐高温结构吸波型陶瓷基复合材料的快速制备方法，采用SI+RMI工艺制备SiC纤维增强硅基陶瓷基复合材料，即首先通过SI工艺在SiC纤维预制体中分别引入Si₃N₄粉体、BN粉体、SiC粉体、或C+Si₃N₄混合粉体，然后经RMI工艺将硅熔体渗透至复合材料内部，分别与上述粉体结合或反应生成Si3N₄‑Si基体、Si‑B‑N基体、SiC‑Si基体、或Si‑C‑N基体，制备出满足结构吸波型陶瓷基复合材料要求的电磁阻抗匹配型基体(如Si₃N₄‑Si、Si‑B‑N等)或电磁吸波型基体(如SiC‑Si、Si‑C‑N等)，实现复合材料的快速致密化，有效缩短复合材料制备周期、提高复合材料致密度和力学/吸波性能。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料制备技术，涉及一种耐高温结构吸波型陶瓷基复合材料的快速制备方法。

背景技术

吸波材料是指有效吸收入射的电磁波，将电磁能转化为热能或者其他形式的能而消耗掉，或使电磁波干涉相消，从而显著降低目标回波强度的一类电磁功能材料。理想的吸波材料应具备厚度薄、质量轻、吸收频带宽、力学性能好等特点，同时为满足特殊情况使用要求，其还需具有耐高温、抗氧化等性能。有机吸波剂因受其使用温度限制，只能用于常温部位的隐身。磁损耗型吸波剂因温度高于其居里点后会失去磁性，使用温度也不宜过高。据此，高温吸波材料一般为介电损耗型陶瓷材料，连续纤维增韧陶瓷基复合材料(CFCC)具有高韧性、高比强、高比模、高温性能好等优点，进一步挖掘CFCC中纤维和基体的吸波性能，有望使其成为性能优异的耐高温结构吸波型陶瓷基复合材料。

碳化硅(SiC)纤维具有耐高温、抗氧化、高强度、高模量、电阻率可调等优点，是结构吸波型CFCC的优异增强体候选材料。氮化硼(BN)是CFCC的主要界面相材料，其具有较高的电阻率呈电磁波透过特性，可实现结构吸波型CFCC的电磁阻抗匹配。硅基陶瓷与SiC纤维模量和热膨胀匹配，是CFCC的主要基体材料，其具有良好的电磁阻抗匹配性能(如Si₃N₄、Si-B-N等)或电磁吸波性能(如SiC、Si-C-N等)，可满足结构吸波型CFCC的力学和吸波要求。目前，制备硅基陶瓷基体的方法主要为化学气相渗透法(CVI)和聚合物浸渍裂解法(PIP)。Shi等人(Y.Shi,F.Luo,D.Ding,Y.Mu,W.Zhou,D.Zhu.Effects of thermal oxidation onmicrowave-absorbing and mechanical properties of SiC_f/SiC composites with PyCinterphase[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2015,25(5):1484-1489)采用CVI法制备了SiC纤维增强SiC复合材料，通过氧化热处理，实现了对复合材料在X波段电磁性能的调控。Li等人(Q.Li,X.Yin,L.Zhang,L.Cheng.Effects of SiCfibers on microwave absorption and electromagnetic interference shieldingproperties of SiC_f/SiCN composites[J].Ceramics International,2016,42:19237–19244)采用PIP法制备了SiC纤维增强Si-C-N复合材料，其在X波段具备良好的电磁吸波性能。然而上述CVI法和PIP法均需多炉次循环才能完成陶瓷基体的制备，实现复合材料近致密化(最终材料开气孔率约10％以上)，这使复合材料制备周期较长，不仅大幅提高了复合材料的生产和制造成本，而且这种长时多炉次循环的制备过程也将对SiC纤维力学性能的保持非常不利。与上述工艺方法相比，浆料浸渗结合反应熔体渗透法(SI+RMI)具有制备周期短、制造成本低、所制材料几乎完全致密(最终材料开气孔率约5％以下)因而力学性能和抗氧化性能优异等特点。若通过对SI+RMI工艺中浸渗浆料的组成进行优选和设计，经后续硅熔体渗透反应生成Si₃N₄、Si-B-N、SiC或Si-C-N等硅基陶瓷基体，同时利用残留硅的半导体特性，进一步补强材料对电磁波的衰减耗散，则有望快速制备出不仅电磁性能满足要求、而且力学性能和环境性能更为优异的结构吸波型陶瓷基复合材料。然而目前这一工艺方法尚未被广泛应用于该类复合材料的制备，相关研究未见报道。