[发明专利]一种基于碳化硅纤维增强低温烧结陶瓷基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于碳化硅纤维增强低温烧结陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：陶瓷基料的配制；步骤二：陶瓷基浆料的球磨；步骤三：预浸料的制备；步骤四：胚体的压制；步骤五：烧结，得到碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料。本发明利用添加低温烧结助剂方式降低通用陶瓷的烧结温度，再采用碳化硅纤维与低温烧结陶瓷基浆料混合，通过低温烧，最终得到碳化硅纤维增强低温烧结陶瓷基复合材料。解决了普通日用陶瓷或建筑陶瓷抗热振性能差、易碎等缺陷，又克服传统陶瓷基复合材料工艺控制复杂，工艺周期长，成本高等缺点，具有低成本、高性能、易工业化制备等优点。

技术领域

本发明属于纤维增强陶瓷基复合材料备技术领域，具体涉及一种基于碳化硅纤维增强低温烧结陶瓷基复合材料的制备方法。

背景技术

纤维增强陶瓷基复合材料具有类似金属的断裂行为，对裂纹不敏感，不会产生灾难性损毁，还兼具陶瓷的低密度，高强度和优异高温力学性能，在航空航天和国民经济高技术领域具有不可替代的优势，在新能源等新兴产业领域也具有广阔的应用前景。但是，常用的陶瓷基复合材料的制备方法包括：化学气相渗透(CVI)、聚合物浸渍热解(PIP)、熔体渗透(MI)或其混合工艺等具有工艺控制复杂，工艺周期长等缺陷导致陶瓷基复合材料成本高昂，严重限制了陶瓷基复合材料的应用领域。因此开展低成本陶瓷基复合材料制备的新技术研究对进一步拓展陶瓷基复合材料的应用领域具有重要价值和意义。

日用陶瓷或建筑陶瓷具有原料成本低，制备工艺简单等优势被广泛应用，但是，日用陶瓷或建筑陶瓷一是抗热振性能差、易碎等缺陷严重限制其在航空航天等领域的应用；二是烧结温度高(一般高于1200℃)，导致其与纤维复合时对纤维力学性能损伤较大，达不到纤维增强效果。目前在空气中抗高温性最好的纤维为碳化硅纤维，通常其力学性能在1200℃空气中强度损伤超过50％，但在1000℃以下空气中能长期保持，因此，通过在日用陶瓷或建筑陶瓷的通用配方中添加烧结助剂，再采用碳化硅纤维与该低温烧结陶瓷浆料混合，最后在1000℃以下烧结，可制备碳化硅纤维增陶瓷基复合材料，该技术方法方案既能克服日用陶瓷或建筑陶瓷抗热振性能差、易碎缺陷，又成功消除高温烧结对纤维强度的损伤且工艺简单，具有低成本、高性能、易工业化制备等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种烧结温度低，强度高的基于碳化硅纤维增强低温烧结陶瓷基复合材料的制备方法。

本发明这种碳化硅纤维增强低温烧结陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：陶瓷基料的配制；

步骤二：陶瓷基浆料的球磨：将步骤一中的陶瓷基料配制后进行球磨，得到陶瓷基浆料；

步骤三：预浸料的制备：预浸料的制备方法为以下方法中的一种：

第1种方法：将短切碳化硅纤维增强毡安装在预浸料制备设备上，让短切纤维增强毡依次通过浸胶槽、挤压轨、烘干机、切割机，即可获得设定尺寸的短切碳化硅纤维增强的片状陶瓷基预浸料，其中浸胶槽中含有步骤二处理后的陶瓷基浆料；

第2种方法：将短切碳化硅纤维与步骤二处理后的陶瓷基浆料直接混合，采用撕松机撕松捏合，烘干后，得到短切碳化硅纤维增强的团状陶瓷基料预浸料；

步骤四：胚体的压制：根据坯体尺寸，在步骤三中的片状陶瓷基预浸进行裁剪至设定尺寸，接着按照坯体设计要求，将片状陶瓷基预浸依次叠层至所需的厚度，然后放入相对应尺寸的模具中，采用压机冷压成型，脱模得坯体；

或者根据模具尺寸和胚体密度计算，将步骤三中团状陶瓷基料预浸料，放入相对应尺寸的模具中，采用压机冷压成型，脱模得坯体；

步骤五：烧结：将步骤四中的坯体进行烧结，得到碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料。

所述步骤一中，陶瓷基料按功能分为主要原材料、低温烧烧结助剂以及粘结剂溶液。