[发明专利]一种包含交替形成的SiBCN涂层和SiC涂层的SiC纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种制备包含交替形成的SiBCN涂层和SiC涂层的SiC纤维的方法，包括：提供SiC纤维；采用有机溶剂稀释SiBCN前驱体，制得SiBCN前驱体溶液；以SiBCN前驱体溶液作为浸渍液通过前驱体浸渍裂解法在SiC纤维表面上形成SiBCN涂层，得到包含SiBCN涂层的SiC纤维；(4)以甲基三氯硅烷作为前驱体通过化学气相沉积法使SiC纤维进一步包含SiC沉积涂层，从而得到包含交替形成的SiBCN涂层和SiC涂层的SiC纤维。本发明还提供了一种包含交替形成的SiBCN涂层和SiC涂层的SiC纤维及其在制备SiC/SiC陶瓷基复合材料中的应用。本发明方法制得的SiC纤维具有高的抗氧化性能和涂纤维‑涂层界面结合力和拉伸强度，还为后期用于制备SiC/SiC复合材料时提供了良好的基体‑纤维界面结合力，从而提高了复合材料的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种包含交替形成的SiBCN涂层和SiC涂层的SiC纤维及其制备方法和应用，属于复合材料热防护技术领域。

背景技术

SiC/SiC陶瓷基复合材料因SiC纤维和基体均具有较好的耐高温、抗氧化特性，在航天、航空及核能等领域有广泛的应用。在SiC/SiC陶瓷基复合材料的制备工艺中，SiC纤维与基体的界面结合是影响复合材料性能的一个关键因素。为了实现界面的最优化设计，在纤维表面涂覆适当的涂层是最为有效的手段。通常SiC纤维表面具有富C保护涂层，但是对于SiC/SiC陶瓷基复合材料，在高温有氧环境长时间使役过程中，富C保护涂层会被氧化，从而造成复合材料整体性能下降。因此，为了有效地改善SiC纤维表面涂层的抗氧化性能，需要在纤维表面制备均匀的涂层，以期既具有较好的抗氧化性能，又能在SiC纤维和SiC基体之间形成较好的界面，可改善纤维与基体的界面结合，同时有效降低裂解过程中高温对纤维造成的损伤，提高SiC/SiC陶瓷基复合材料的综合性能。

SiBCN涂层具有良好的高温稳定性、抗氧化性以及合适的机械强度，并能够和各种不同的无机纤维增强体、陶瓷基体具有良好的化学兼容性，高温抗氧化性能优于Si₃N₄或SiC，是一种极具发展潜力的复合材料中的界面相涂层材料。

SiBCN涂层制备方法有多种，但是据信化学气相沉积工艺制备的涂层连续性、均匀性好，是在纤维表面制备界面相涂层的最佳选择。然而，化学气相沉积法形成SiBCN陶瓷一直没有特别合适的SiBCN前驱体，而且各种方法还存在自身难以克服的问题。

例如，CN201310178800.8采用三甲基三氯硅烷(SiCH₃Cl₃)为硅源和碳源，BCl₃为硼源，NH₃为氮源，H₂作为载气和稀释气，化学气相沉积法(CVD)沉积了SiBCN非晶陶瓷。但是，该方法采用多种沉积气源，工艺复杂，且产生腐蚀性的副产物，对沉积基底材料和设备产生不良影响，不适用于产业化制备SiBCN。