[发明专利]一种纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的补强方法

说明书

本发明是一种纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的补强方法，该方法将制件用液态聚碳硅烷浸渍裂解填补内部的微细孔；再将液态聚碳硅烷和纳米碳化硅粒子一定质量比混合，所得混合溶液浸渍裂解填补内部的粗孔；最后用液态聚碳硅烷和微米碳化硅粒子一定质量比混合，将混合溶液用刮涂的方式填补样品表面的缺陷孔。本发明能够将样品的微细孔、粗孔和表面缺陷孔均填补起来，同时使得补强材料和基体材料有很强的作用力，补强周期短，操作简单，且不会改变样品原有厚度，实现净尺寸补强效果。

技术领域

本发明是一种纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的补强方法，属于陶瓷基复合材料领域。

背景技术

纤维增强碳化硅(SiC)陶瓷基复合材料因其具有轻质、高强、耐高温等优异性能，已成为目前最有前途的高温热结构材料之一，在航空航天领域有着广泛的应用前景。目前主要的制备工艺有化学气相渗透法(CVI)、先驱体浸渍裂解法(PIP)等，均可以完成陶瓷基复合材料致密化，实现高强度的同时，提高其韧性。但目前工艺制备的陶瓷基复合材料具有孔隙率高(8％～15％)的问题，并且孔隙会使材料室温下的强度和高温抗氧化性能下降，因孔隙会使更多空气在高温下进入到材料内部，进一步氧化纤维，使得材料高温下性能和抗氧化性下降。同时，表观孔的缺陷也会影响复合材料的美观性。所以通过填补孔隙来补强陶瓷基复合材料成为关键步骤。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的补强方法，其目的是能够对材料中微细孔、粗孔以及表面缺陷孔都进行填补，达到强度提高的目的，且操作简单，效果明显。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的补强方法的步骤如下：

步骤一、在真空环境中，将表面处理干净的待补强制件在液态聚碳硅烷中浸渍3～15h，然后放入真空裂解炉中，升温至700～1400℃，裂解0.5～4h；

步骤二、配制含纳米碳化硅粒子的液态聚碳硅烷混合物，在真空环境中，将待补强制件在该混合物中浸渍3～15h，然后放入真空裂解炉中，升温至700～1400℃，裂解0.5～4h；

步骤三、配制含微米碳化硅粒子的液态聚碳硅烷混合物，在待补强制件的表面均匀刮涂该混合物，然后在120～240℃的真空烘箱中固化1～5h。

在一种实施中，待补强制件的表面清理方法用超声清洗10～30min，然后在100℃烘箱中烘干1～3h。

在一种实施中，所述真空环境的真空度为-0.1MPa。

在一种实施中，配制的含纳米碳化硅粒子的液态聚碳硅烷混合物中，纳米碳化硅粒子与液态聚碳硅烷的质量比为1∶5～1∶40。进一步，纳米碳化硅粒子与液态聚碳硅烷的质量比为1∶6～1∶20；

在一种实施中，配制的含微米碳化硅粒子的液态聚碳硅烷混合物中，微米碳化硅粒子与液态聚碳硅烷的质量比为1∶2～1∶20。进一步，微米碳化硅粒子与液态聚碳硅烷的质量比为1∶2～1∶10；

在一种实施中，固化后的待补强制件的表面仍存在明显缺陷时，重复步骤三。

在一种实施中，步骤三中所述固化温度为160～220℃，固化时间为1～3h。

本发明技术方案的特点及有益效果如下：

(1)采用陶瓷产率高的液态聚碳硅烷，通过先用纯液态硅烷裂解填补微细孔，再用含纳米碳化硅粒子的液态聚碳硅烷混合物裂解填补粗孔，最后用含微米碳化硅粒子的液态聚碳硅烷混合物裂解填补样品的表面缺陷孔，实现材料不同孔隙的填补；

(2)裂解过程发生先驱体无机化转变，使得补强材料和基体材料有很强的作用力，减少补强材料在使用中脱落的风险；