[发明专利]一种纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.碳纤维增韧聚合物的制备

以碳纤维与树脂、固化剂和润滑剂为原料，将原料搅拌均匀后置于挤出机中造粒，得物料颗粒；将所述物料颗粒置于注塑机中，在80~100 Mpa的压力下注入温度为175~200℃的模具，保持90~100s后脱模，在250~300℃下热处理2~10h，冷却后得CFRP零件；

S2.碳纤维增韧炭基多孔体的制备

将步骤S1所得CFRP零件在600~1000℃温度下进行高温碳化处理，得碳纤维增韧炭基多孔体；

S3.SiC陶瓷基体的制备

将步骤S2所得碳纤维增韧炭基多孔体在1000~1800℃温度下进行高温融渗处理，得纤维增韧陶瓷基复合材料；

其中：步骤S1中，所述碳纤维体积分数为20~50%；所述树脂、固化剂和润滑剂按照体积分数比例80~90：5~10：5~10进行配置；所述树脂中添加有2~10wt%的纳米级或微米级陶瓷颗粒或炭颗粒。

2.根据权利要求1所述纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述陶瓷颗粒包括B₄C、SiC、TiC、ZrC、ZrB₂、TiB₂、BN、Si₃N₄、Ti₃SiC₂等颗粒的至少一种；所述炭颗粒包括炭黑、热解碳粉末中的至少一种。

3.根据权利要求1所述纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述碳纤维选用聚丙烯晴基碳纤维，优选所述纤维长度为0.1mm至1mm。

4.根据权利要求1所述纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述树脂选用酚醛树脂。

5.根据权利要求1所述纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述固化剂选用六亚甲基四胺；优选地，步骤S1中，所述润滑剂选用硬脂酸镁。

6.根据权利要求1~5任一项所述纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，在所述挤出机中进行造粒过程具体为：

S11.在所述挤出机设有加工单元，所述加工单元依次包括进料区、塑化区和均质化区和喷嘴区域四部分，将树脂、固化剂、润滑剂储、碳纤维混合后依次通过进料区、塑化区、均质化区，最后通过喷嘴排出；

其中，所述进料区内温度控制为50~60℃；塑化区内温度控制为50~60℃；均质化区内温度控制为90~100℃；喷嘴区域温度控制为90~100℃。

7.根据权利要求1~5任一项所述纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，在所述注塑机和模具中注塑成型-固化过程具体为：

S12.在所述注塑机中设有加工单元，所述加工单元依次包括进料区、塑化区和喷嘴，造粒后所述物料颗粒从进料区进入，在塑化区成熔融状态后，将熔融材料在80~100 Mpa的压力下通过喷嘴注入到温度为175~200℃模具中，在所述模具内保持90~100秒，脱模后得CFRP零件；

其中，所述进料区温度控制为50~75℃，塑化区和喷嘴处温度控制为70~85 ℃。

8.根据权利要求1~5任一项所述纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述热处理过程具体为：

S13.将脱模后CFRP零件置于加热炉中，以5~10℃/min的升温速度缓慢升温至250~300℃，保温2~10h后随炉冷却至室温。

9.根据权利要求1所述纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2具体为：将步骤S1所得CFRP零件置于真空环境中进行加热，至600~800℃，保温1~3h，继续加热至800~1000℃，保温1~5h，冷却至室温，得碳纤维增韧炭基多孔体。

10.根据权利要求1所述纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3具体为：将步骤S2所得碳纤维增韧炭基多孔体置于真空环境中，充氮气或氩气至微正压，加热至1000~1200℃，保温1~2h；升温至1300~1350℃，抽真空；升温至1600~1800℃，保温0.5~1.5h，冷却至室温。