[发明专利]一种复合材料的制备方法、复合材料浸渍设备和容器

说明书

本发明公开了一种复合材料的制备方法、复合材料浸渍设备和容器，复合材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤:步骤1)将复相陶瓷前驱体溶液单向浸渍填充碳纤维预制体的孔隙；步骤2)将经过浸渍的碳纤维预制体进行干燥固化；步骤3)固化后的碳纤维预制体进行高温裂解即得复合材料，浸渍时将前驱体溶液单向浸渍填充碳纤维预制体的孔隙，获得高致密度的C/SiC‑ZrC复合材料。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种复合材料的制备方法、复合材料浸渍设备和容器。

背景技术

目前，所采取的提高C/SiC复合材料抗氧化性的方法主要包括涂层技术和基体改性技术。

1)涂层技术尽管能够隔离含氧气氛和C/SiC复合材料，从理论上可以起到很好的防护效果，但涂层与C/SiC复合材料之间物理化学不相容的问题一直未能得到彻底解决，尤其对于高性能发动机热端部件和空天飞行器热防护系统服役过程中的超高温、强冲刷、高频振动、高低温瞬时热震等极端苛刻环境，涂层易发生开裂、剥落、烧蚀等失效。

2)基体改性技术是以材料本身抑制氧化反应为前提，即在C/SiC复合材料制备过程中就对碳纤维和基体碳进行改性处理，使材料本身具有较强的抗氧化能力。通过在C/SiC复合材料中引入超高温陶瓷基体，可以有效提高C/SiC复合材料的抗氧化性，是解决上述问题的有效途径，目前使用的前驱体浸渍裂解法多为压力浸渍，即将材料置于压力环境中，各向同时加压，使前驱体溶液浸渍进入基体中，此种方法加压压力大，对设备要求高，且需要反复多次进行浸渍-裂解过程，对碳纤维损伤大，会降低材料的力学性能，从而限制了材料的应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种复合材料浸渍设备和复合材料的制备方法，浸渍效率高，成本低，材料致密性高、强度高。

根据本发明的一个方面，提供一种复合材料的制备方法，包括以下步骤:

步骤1)将复相陶瓷前驱体溶液单向浸渍填充碳纤维预制体的孔隙；

步骤2)将经过浸渍的碳纤维预制体进行干燥固化；

步骤3)固化后的碳纤维预制体进行高温裂解即得复合材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过单向加压与另一侧的负压形成压力差从而使前驱体溶液快速渗透基体内部，反应采用的单向加压的强制浸渍工艺，能够降低浸渍时所需压力，降低对复合材料浸渍设备的耐压性能要求，还能够减少浸渍液时孔隙内的阻力，使得孔隙被复相陶瓷前驱体溶液完全填充，浸渍效率高，实现复合材料完全致密化，浸渍成本低，得到的复合材料致密性高、强度大，通过本发明制备的SiC-ZrC复合材料，密度在2.4-2.5g/cm³，室温弯曲强度在250-270MPa，经过1700℃氧化试验后，强度保持率大于85％。

进一步的，所述复相陶瓷前驱体溶液通过以下方法制备：将SiC前驱体、ZrC前驱体溶解于二甲苯中，所述SiC前驱体与ZrC前驱体的体积比为3-5:1，制得复相陶瓷前驱体溶液。

进一步的，步骤1)中将复相陶瓷前驱体溶液单向浸渍填充碳纤维预制体的孔隙，包括：

在碳纤维预制体的一侧保持负压，排出碳纤维预制体孔隙中的空气，然后在碳纤维预制体的另一侧单向加压，将复相陶瓷前驱体溶液由加压侧单向浸渍填充碳纤维预制体的孔隙。

进一步的，所述步骤2)中负压为-0.1-0MPa，单向加压的压力为3-6MPa。

进一步的，所述复合材料的密度为2.4-2.5g/cm³，室温弯曲强度为250-270MPa；

和/或

步骤2)、步骤3)于真空条件下进行，且步骤3)中高温裂解的温度为1400-1600℃。