[发明专利]制备陶瓷基体浆料注入陶瓷丝束和陶瓷基体复合材料的方法

说明书

本发明描述了制备陶瓷基体预浸料的方法。所述方法包括将陶瓷纤维的涂覆丝束经包含溶剂和陶瓷前体的陶瓷基体浆料处理。至少部分地去除涂层，并将所述浆料注入所述陶瓷纤维中以形成预浸料。还描述了形成陶瓷基体复合材料的步骤，所述步骤包括将所述预浸料形成为生坯，以及烧结所述陶瓷前体。

技术领域

本公开涉及制备预浸料的方法，该预浸料包括陶瓷纤维的陶瓷基体浆料注入丝束，该陶瓷基体浆料注入丝束包括陶瓷纤维的展开丝束。该方法包括将陶瓷纤维的涂覆丝束经陶瓷基体浆料处理。还描述了用此类预浸料形成陶瓷基体复合材料的方法。

发明内容

简而言之，在一个方面，本公开提供了制备陶瓷预浸料的方法，该方法包括：a)将至少一个涂覆丝束经包含溶剂和陶瓷前体的陶瓷基体浆料处理，其中涂覆丝束包括陶瓷纤维束，基于涂覆丝束的总重量计，该陶瓷纤维束被至少0.2重量％的涂层围绕；以及b)将浆料注入陶瓷纤维束中以形成陶瓷预浸料；其中至少80重量％的涂层在25℃下可溶于溶剂中。在一些实施方案中，在步骤(b)期间或之后，至少50重量％的涂层从涂覆丝束的表面溶解到浆料中。

在另一个方面，本公开提供了制备陶瓷基体复合材料的方法，该方法包括：(c)将本公开的陶瓷预浸料形成为生坯；以及d)将生坯经足以烧结陶瓷前体的温度处理以形成陶瓷基体复合材料，其中在步骤(d)之前，至少50重量％的涂层从涂覆丝束的表面溶解到浆料中。在一些实施方案中，烧结温度为至少1000℃。

在一些实施方案中，将陶瓷预浸料形成为生坯包括使用细丝卷绕法来放置陶瓷预浸料以形成生坯。在一些实施方案中，将陶瓷预浸料形成为生坯包括使用高级纤维放置法来放置陶瓷预浸料以形成生坯。

在一些实施方案中，丝束为展开丝束。在一些实施方案中，陶瓷纤维包括氧化物陶瓷纤维。

在一些实施方案中，溶剂包括水。在一些实施方案中，基于涂覆丝束的总重量计，涂覆丝束包含不大于3重量％的涂层。在一些实施方案中，至少95重量％的涂层在25℃下可溶于溶剂中。在一些实施方案中，在步骤(b)期间或之后，至少80重量％的涂层从涂覆丝束的表面溶解到浆料中。

在一些实施方案中，步骤(a)包括将多个涂覆丝束经陶瓷基体浆料处理。在一些实施方案中，涂覆丝束为编织的。在一些实施方案中，涂覆丝束被织造以形成织物。在一些实施方案中，多个涂覆丝束的至少一部分为展开丝束。

本公开上面的概述不旨在描述本发明的每个实施方案。在下面的具体实施方式中还列出了本发明的一个或多个实施方案的细节。本发明的其他特征、目的和优点从具体实施方式和权利要求书中将显而易见。

附图说明

图1示出了制备预浸料和陶瓷基体复合材料的现有技术方法。

图2示出了根据本公开的一些实施方案制备预浸料和陶瓷基体复合材料的方法。

图3A和图3B为适用于本公开的一些实施方案中的陶瓷纤维的涂覆展开丝束的图像。

具体实施方式

陶瓷纤维为大家所熟知的，并且可以从多种商业来源获得。氧化物基陶瓷纤维包括例如氧化铝纤维和氧化铝-二氧化硅纤维。氧化物基陶瓷纤维可包含诸如氧化硼、碱土金属氧化物、碱金属氧化物和金属的附加组分。非氧化物基陶瓷纤维基于碳化物和氮化物，包括氮氧化物、碳氧化物和碳氮氧化物。示例性非氧化物基陶瓷纤维包括碳化硅、氮化硅、碳氧化硅和碳氮氧化硅纤维。此类非氧化物基陶瓷纤维可包含诸如金属或碳的附加组分。

陶瓷纤维可用于广泛的多种应用中。例如，可以通过将陶瓷纤维嵌入多种基体中来形成复合材料，该基体包括聚合物(即聚合物基体复合材料“PMC”)、金属(即金属基体复合材料“MMC”)和陶瓷(即陶瓷基体复合材料“CMC”)。在一些实施方案中，包含嵌入陶瓷基体中的增强陶瓷纤维的陶瓷基体复合材料可提供优异的性能，包括耐高温性和稳定性、机械强度、硬度和耐腐蚀性。