[发明专利]一种改善二维纤维布增强陶瓷基复合材料层间力学性能的方法

说明书

本发明提供了一种改善二维纤维布增强陶瓷基复合材料层间力学性能的方法，解决现有技术中存在的因层间基质浆料、溶胶在微观分布不均，使得层间剪切强度过低，或者是因层间剪切强度大幅增大，导致材料损伤容限下降等问题，该方法包括在二维纤维布上涂刷均匀混有四针状氧化锌晶须的浆料或溶胶或两者混合物、层叠、热压、浸渗、干燥、去酯、烧结；该四针状氧化锌晶须会形成网络，每根针状体会涂挂浆料或溶胶均匀分散在二维纤维布间，且针状体可刺入二维纤维布内部，不仅在二维纤维布层间起到桥联强化作用，而且可大大增加裂纹在基质中扩展路径。通过调整四针状氧化锌晶须的加入量来改善二维纤维布增强陶瓷基复合材料层间剪切强度和韧性。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料制备技术领域，涉及一种改善连续纤维增强陶瓷基复合材料层间力学性能的方法，尤其涉及一种改善二维纤维布增强陶瓷基复合材料层间力学性能的方法。

背景技术

连续纤维增强陶瓷基复合材料具有耐高温、强度大、韧性高的特点，二维纤维布增强陶瓷基复合材料因预制体编织工艺简单，成本低廉而得到广泛应用。但是，用二维纤维布浸渗浆料或溶胶所制备的陶瓷基复合材料，基质和宏观缺陷在层间聚集、分布不均，使得层间剪切强度过低(约8～12MPa)，极大的增加了材料服役的风险，限制了材料的应用。

M.Schmücker认为，浸渗有浆料或溶胶的纤维布在烧结前的湿阶段压实有助于基质在层间分布均匀，提高复合材料层间剪切强度，但这仍然难以保证纤维布层间浆料或溶胶在微观上的均匀分布。Frank W.Zok在浆料中添加一定浓度的氧化铝前驱体来制备氧化铝基复合材料，如Al₂Cl(OH)₅或AlCl₃·H₂O等来提高复合材料层间剪切强度，但是，前驱体浓度对复合材料层间结合强度过于敏感，若浓度大于临界值，层间剪切强度就会大幅增大，导致材料损伤容限下降。

综上可知，采用恰当的方法改善二维纤维布增强陶瓷基复合材料层间力学性能，使层间基质浆料或溶胶在微观均匀分布，层间获得足够的强度和韧性尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在因层间基质浆料、溶胶在微观分布不均，使得层间剪切强度过低，或者是因层间剪切强度大幅增大，导致材料损伤容限下降等不足之处，而提供一种改善二维纤维布增强陶瓷基复合材料层间力学性能的方法，使陶瓷基复合材料层间获得足够的强度和韧性。

为实现上述目的，制备出层间力学性能优异的陶瓷基复合材料，本发明所提供的技术解决方案是：

一种改善二维纤维布增强陶瓷基复合材料层间力学性能的方法，其特殊之处在于，具体步骤包括：

1)在浆料、溶胶或两者混合物中，加入四针状氧化锌晶须，搅拌均匀后，进行热处理，粘度达到15mpa·s～25mpa·s后备用；所述两者混合物由同一物质的浆料与溶胶混合而成；

2)将经步骤1)处理得到的混合物(即混有四针状氧化锌晶须的浆料、溶胶或两者混合物)均匀涂刷在多层二维纤维布上，然后将涂刷后的多层二维纤维布依次层叠；

3)将得到的层叠二维纤维布热压形成预制体；

4)将预制体在真空环境中浸渗浆料、溶胶或两者混合物，然后依次进行干燥、去酯和烧结，得到复合材料；