[发明专利]一种碳化二钼界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳化二钼界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法。所述方法包括：(1)通过化学气相沉积法在碳化硅纤维预制体的表面依次沉积一层碳化二钼界面层和一层碳化硅界面层，制得改性碳化硅纤维预制体；(2)用碳化硅的先驱体溶液浸渍步骤(1)制得的改性碳化硅纤维预制体，然后将浸渍后的所述改性碳化硅纤维预制体依次经过固化和裂解的步骤；和(3)重复步骤(2)多次，制得碳化二钼界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料。本发明制得的碳化二钼界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的高温抗氧化性能、抗热冲击性能、抗水蒸气腐蚀性能等综合性能优异。

技术领域

本发明属于航空航天材料制备技术领域，尤其涉及一种碳化二钼界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法。

背景技术

碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiC/SiC复合材料)是全面替代航空发动机镍基高温合金的关键材料，其具备密度小和强度高的优点，能够显著提高发动机的推重比。过去几十年，西方发达国家对SiC/SiC复合材料开展了大量的研究。例如，美国国家航空航天局(NASA)和美国通用电气公司(GE)经过多年的探索，已经完成了多种SiC/SiC复合材料高温结构部件的制备和数万小时的考核试验，并且成功应用到F414和LEAP等发动机型号上。另外，法国研发的CERASEP系列SiC/SiC复合材料调节片也成功应用到了F100发动机上。

SiC/SiC复合材料一般包括纤维预制体、纤维界面层和陶瓷基体；其中，SiC纤维预制体作为SiC/SiC复合材料的主要承载强度部分，对材料性能至关重要；陶瓷基体是SiC/SiC复合材料重要的组成部分，起到高温条件下抗热冲击和抗氧化的重要作用；纤维界面层是连接SiC纤维预制体和陶瓷基体的过渡材料，依靠和纤维之间的弱相互作用，实现裂纹偏转和纤维拔出等应力释放的功能。

SiC/SiC复合材料常用的界面层是热解碳(PyC)界面层、氮化硼(BN)界面层和碳化硅(SiC)界面层及其复合界面层。例如，Kazuya Shimoda等在文章《High mechanicalperformance SiC/SiC composites by NITE process with tailoring of appropriatefabrication temperature to fiber volume fraction》中采用PyC界面层作为SiC/SiC复合材料的纤维界面层，裂纹能够在PyC界面层内部实现多次偏转，有利于应力的释放，起到增韧的作用(参见：Shimoda K,Kohyama A,Hinoki T.High mechanical performance SiC/SiC composites by NITE process with tailoring of appropriate fabricationtemperature to fiber volume fraction[J].Composites ScienceTechnology,2009,69(10):1623-1628.)；例如，Sung R.Choi等在文章《Elevated-temperature stress rupturein interlaminar shear of a Hi-Nic SiC/SiC ceramic matrix composite》中采用BN界面层作为SiC/SiC复合材料的纤维界面层(参见：Choi S R,Kowalik R W,Alexander D J,et al.Elevated-temperature stress rupture in interlaminar shear of a Hi-NicSiC/SiC ceramic matrix composite[J].Composites ScienceTechnology,2009,69(7):890-897.)。相比于PyC界面层400℃发生氧化，BN界面层有更高的抗氧化温度，达到800～900℃，但由于BN晶体存在多种晶相，在高温下容易发生晶相转变，晶相转变会降低其作为界面层材料的性能，且BN界面层容易被水环境腐蚀，会限制SiC/SiC复合材料的使用。