[发明专利]一种碳化硅纤维表面连续制备复合界面层的设备及方法

说明书

本发明涉及一种碳化硅纤维表面连续制备复合界面层的设备及方法，该设备包括第一沉积室、至少一个过渡沉积室，在任意两个相邻的沉积室之间设置有隔离室，所述隔离室通入有惰性气体，且所述隔离室内惰性气体的气压高于相邻的两个沉积室的室内气压，使得相邻的两个沉积室中的气体在气压差的作用下相互隔离，不会流入隔离室；每个沉积室中设置有滚轮组，用于纤维束导向。本发明解决了：分批次沉积界面层，同一炉次不同炉位的界面层厚度，和同一炉位不同炉次的界面层厚度都很难实现均匀。每一炉次沉积，SiC纤维随着炉体一起升温和降温，在高温下处理时间过长，纤维强度下降明显等的技术问题。

技术领域

本发明涉及陶瓷基复合材料领域，本发明涉及基于CVD的一种束丝碳化硅纤维表面连续制备复合界面层的设备及方法，属于复合材料领域。

背景技术

连续SiC纤维增韧的SiC基复合材料(SiC_f/SiC复合材料)是以SiC纤维为增强相、以SiC陶瓷为基体构成的材料，具有耐高温、低密度、抗氧化、对裂纹不敏感、不易发生灾难性破碎等优点，从而在航空航天等领域具有广泛应用。该材料的制备工艺主要有化学气相渗透法、聚合物浸渍-裂解法、熔渗法和纳米浸渍与瞬态共晶法等。除化学气相渗透法外，其他方法均需预先在束丝SiC纤维表面制备界面层，最常见的界面层制备手段为化学气相沉积/渗透法(CVD/CVI)。就通常的术语而言，化学气相渗透法的压力较化学气相沉积法更低，更有利于反应气氛在织物内和纤维束内的扩散。界面层是SiC_f/SiC复合材料不可或缺的一部分。界面层通过裂纹偏转和裂纹阻断的作用，使纤维和基体之间的强结合转为弱结合，使得陶瓷这一传统的脆性材料可以组成具有韧性的陶瓷基复合材料。界面层性能是提升SiC_f/SiC复合材料力学性能的关键。

近年来，连续界面层沉积技术已经引起了人们的注意，例如，阳海棠的发明专利申请CN108385087A报道了一种连续、快速制备SiC纤维表面氮化硼(BN)界面层的方法，BuetE.等人的美国专利申请US2018/0347106A1报道了一种通用的在一束或多数束丝纤维上沉积一种界面层的装置。另一方面，碳纤维的连续石墨化处理也是一项相对成熟的技术，可以为带界面层碳化硅纤维的热处理提供借鉴。但是，SiC_f/SiC复合材料多需要复合界面层。如果每一次处理都要经过一次收放卷和开关机过程，不仅对纤维造成的机械损伤和热损伤大，也浪费了宝贵的时间。因此，Buet E.等人的美国专利申请US2018/0347048A1提出了一种连续制备复合界面层的装置。但是，这种装置有两个缺点：不同的沉积气氛会通过微孔扩散相互污染，影响界面层的质量；所有沉积区温度相同，限制了不同界面层制备工艺的灵活性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：(1)分批次沉积界面层，同一炉次不同炉位的界面层厚度，和同一炉位不同炉次的界面层厚度都很难实现均匀。

(2)每一炉次沉积，SiC纤维随着炉体一起升温和降温，在高温下处理时间过长，纤维强度下降明显。

本发明的技术方案是：

提供一种碳化硅纤维表面连续制备复合界面层的设备，该设备包括第一沉积室、至少一个过渡沉积室，在任意两个相邻的沉积室之间设置有隔离室，所述隔离室通入有惰性气体，且所述隔离室内惰性气体的气压高于相邻的两个沉积室的室内气压，使得相邻的两个沉积室中的气体在气压差的作用下相互隔离，不会流入隔离室；每个沉积室中设置有滚轮组，用于纤维束导向。

提供一种碳化硅纤维表面连续制备复合界面层的设备，该设备包括第一沉积室、至少一个过渡沉积室和热处理室，所述第一沉积室、至少一个过渡沉积室和热处理室依次设置，在任意两个相邻的沉积室之间设置有隔离室，过渡沉积室与热处理室之间设置有隔离室，所述隔离室通入有惰性气体，且所述隔离室内惰性气体的气压高于相邻的两个室的室内气压，使得相邻的两个室中的气体在气压差的作用下相互隔离，不会流入隔离室；每个沉积室中设置有滚轮组，用于纤维束导向；