[发明专利]低成本制备基于连续C与SiC束间混杂纤维增强碳化硅复合材料的方法及其产品

说明书

本发明公开了一种低成本制备基于连续C与SiC束间混杂纤维增强碳化硅复合材料的方法及其产品，包括以下步骤：将碳纤维和碳化硅纤维进行束间混杂；接着将束间混杂纤维表面制备涂层，得到含涂层的束间混杂纤维；将含涂层的束间混杂纤维进行预制体的编织，得到束间混杂纤维预制体；将束间混杂纤维预制体进行PIP法预致密化，得到多孔的混杂纤维增强碳化硅复合材料并对其进行机械加工，得到加工后的多孔的混杂纤维增强碳化硅复合材料；将加工后的多孔的混杂纤维增强碳化硅复合材料进行渗硅致密化，得到致密化的连续混杂纤维增强碳化硅复合材料；对致密化的连续混杂纤维增强碳化硅复合材料上制备抗氧化涂层，得到连续C+SiC束间混杂纤维增强碳化硅复合材料。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种低成本制备基于连续C与SiC束间混杂纤维增强碳化硅复合材料的方法及其产品。

背景技术

飞行器在长时间的临近空间高速飞行和再入过程中，面临的热环境非常恶劣，在气动加热作用下飞行器表面温度非常高，因此对飞行器的热防护结构和材料提出了严峻挑战。碳纤维增强碳化硅复合材料具有耐高温、高强度、耐冲刷等一系列优点，从而成为飞行器热防护系统中最主要的防热材之一。与此同时，高成本与较长的制备周期制约着碳纤维增强碳化硅复合材料在飞行器上的使用与更换。碳纤维增强碳化硅复合材料的主要制备技术包括：化学气相沉积(CVI)、前驱体浸渍裂解(PIP)、反应熔体浸渗(RMI)和料浆浸渗(SI)等。其中反应熔体浸渗(RMI)工艺具有成本低、制备周期短及近净成形等优点，但由于传统RMI工艺反应过程中会造成纤维的刻蚀、基体碳反应不完全以及熔渗金属的残留，所制得陶瓷基复合材料的高温力学性能与抗氧化、抗烧蚀性能差。为了改善陶瓷基复合材料的高温下性能的缺陷，在文献1(Kumar S,Kumar A,SampathK,etal.Fabricationand erosionstudies of C–SiC composite Jet Vanes in solid rocket motor exhaust[J].Journalof the European Ceramic Society,2011,31(13):2425-2431.)中指出了减少残余硅和未反应碳的含量，可进一步减小碳纤维增强碳化硅燃气舵在高温有氧环境下的侵蚀。在文献2(Magnant,Laurence Maillé,RenéPailler,et al.Carbon fiber/reaction-bondedcarbide matrix for composite materials–Manufacture and characterization[J].Journal of the European Ceramic Society,2012,32(16):4497-4505.)中指出了预制体基体中多孔的碳干凝胶可有效避免渗硅过程中的通道阻塞。在文献3(Nakamura T,OkaT,ImanariK,et al.Development of CMC turbine parts for aero engines[J].IHIEngineering Review,2014,47(1):29-32.)中认为：陶瓷基复合材料具有低密度、高比强度、高比刚度、高硬度、高耐磨性、使用温度高以及导热系数大、热膨胀系数小、抗氧化能力强、吸振性能好等优点，在航空发动机热端部件上的应用潜力巨大。