[发明专利]一种含富碳氮化硼界面相C/C-SiC复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种含富碳氮化硼界面相C/C‑SiC复合材料的制备方法。该方法为：1)在含硼酸、尿素的前驱体溶液A中加入AM和MBAM混合溶解后加入引发剂过硫酸铵APS引发聚合反应，形成溶胶溶液B；2)将碳纤维预制件浸渍于溶胶溶液B中，浸渍完成后烘干，重复浸渍烘干、热处理，获得含富碳氮化硼界面相的碳纤维预制件；3)将碳纤维预制件浸渍树脂、渗硅处理得到含富碳氮化硼涂层的C/C‑SiC复合材料。所制得的材料中的界面相一方面由于BN与液硅之间不存在化学反应，因而能防止液硅侵蚀纤维；另一方面由于高分子凝胶在氮气气氛下热处理将残留较多的游离碳，能提高该界面对硅的润湿性，从而提高界面与基体的结合强度，两种作用耦合最终大幅提高C/C‑SiC材料的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种含富碳氮化硼界面相C/C-SiC复合材料的制备方法，属于纤维增强陶瓷基复合材料制备技术领域。

背景技术

纤维增强陶瓷基复合材料由用连续陶瓷或碳纤维增强的陶瓷或碳基质组成，与金属或其他常规工程材料相比，它对高温和腐蚀性环境具有更大抵抗力。因此，该材料作为热结构材料具有重要意义，最初是为军事和航空航天开发的应用。现在，它们被引入许多其他新领域，并且它们的应用范围将会增长当生产成本大幅降低时。潜在的应用包括热交换器，热力发动机，燃气轮机，航空航天工业，核反应堆，化学工业，汽车工业，生物制品的结构部件植入物，等等。

到目前为止，C/C-SiC复合材料作为陶瓷基复合材料的杰出代表已经被广泛应用。C/C-SiC复合材料的制备方法主要包括以下三种途径：化学气相渗透(chemical vaporinfiltration，CVI)、热压烧结法(high pressure-sinter process，HP-Sinter)、先驱体浸渍裂解法(polymer impression pyrolytic，PIP)以及熔硅浸渍法(liquid siliconinfiltration，LSI)，其中LSI工艺过程通常是用熔融Si对多孔C/C复合材料进行浸渗处理，使熔硅与接触的炭发生反应生成SiC基体，是一种简单、快捷且低成本制备C/SiC双基体材料的方法，已被应用于工业化生产C/C-SiC复合材料。然而，在LSI工艺过程中，熔融硅不可避免的会与碳纤维发生反应，导致纤维损伤，使复合材料力学性能偏低，材料呈现明显的脆性，需要采取措施避免纤维与熔融硅的直接反应。目前，主流的方法是采用CVI工艺在碳纤维表面沉积一层0.1μm-0.3μm的热解碳保护层，以消耗液硅的方式来在一定程度上达到保护纤维的效果，但是CVI工艺周期较长，而且纤维仍有较大几率被液硅侵蚀。因此，需要提供一种新型低成本快速制备纤维保护界面的方法。

氮化硼(boron nitride，BN)与硅在熔融渗硅工艺的温度范围内(1400℃-1900℃)不存在反应，且与碳纤维之间存在良好的相容性，可以作为一种新型的防止液硅侵蚀纤维的界面相。同时，相比于CVI沉积热解碳工艺，采用硼酸尿素反应制备BN更为高效。但是，BN对于液硅的润湿性差，会对渗硅效率以及界面层与基体结合产生负面影响，而且传统工艺制备的BN界面均匀性较差，因此需要对传统工艺作出改进。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种含富碳氮化硼界面相C/C-SiC复合材料的制备方法，所得C/C-SiC复合材料具有富碳氮化硼界面相可有效防止液硅侵蚀纤维的保护界面，提高基于LSI工艺制备的C/C-SiC复合材料的力学性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明一种含富碳氮化硼界面相C/C-SiC复合材料的制备方法，包括如下步骤:

1)在含硼酸、尿素的前驱体溶液A中加入丙烯酰胺(AM)和N，N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)混合，溶解后加入引发剂过硫酸铵(APS)引发聚合反应，水浴搅拌，形成透明的溶胶溶液B；

2)将经脱胶处理后的碳纤维预制件浸渍于步骤1所得的溶胶溶液B中，浸渍完成后烘干，重复浸渍、烘干处理2～4次，然后于惰性气氛下热处理，获得含富碳氮化硼界面相的碳纤维预制件。