[发明专利]硅硼氮纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了硅硼氮纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料的制备方法及应用，所述的硅硼氮纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料包括SiBN纤维预制件和BN陶瓷基体，BN陶瓷基体均匀填充于SiBN纤维预制件的空隙当中。制备方法包括：(1)将SiBN纤维预制件进行排胶热处理；(2)制备SiBN_f/BN复合材料中间体；(3)在惰性气体保护下进行除碳处理。本发明所制得的硅硼氮纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料力学性能优良、介电性能好、耐温性和耐烧蚀性好；本方法简单易行、对设备要求低，可控程度高；原料来源广泛、生产成本低，具有较好的应用推广价值。

技术领域

本发明涉及一种硅硼氮纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料的制备方法及应用。

背景技术

连续纤维增强陶瓷基透波复合材料具有优异的力学性能、良好的介电性能、突出的耐高温性能，可实现承载、透波及防热一体化，是目前制备高马赫数导弹天线罩的主要材料体系之一。高强度、高模量的连续纤维作为增强体和承载体，在复合材料中有效的引入不同的吸能机制，提高了复合材料的断裂韧性和稳定性。其中，纤维的耐高温性能决定了复合材料的使用温度，同时也已成为制约高温透波复合材料发展的关键因素。

石英纤维具有良好的耐高温性能和优异的介电性能，可实现宽频透波，是近年来国外高马赫数导弹天线罩最为常用的耐高温透波陶瓷纤维。但是，石英纤维在900℃以上便会发生纤维析晶，导致纤维强度迅速下降，到1200℃时已基本失去增强作用，明显限制了复合材料的制备温度和高温性能。另外，石英纤维与陶瓷基体会产生较强的界面反应，也降低了其增强效果。随着中远程精确制导导弹的发展，导弹的飞行时间进一步增加，再入速度可高达20Ma以上，这使得导弹天线罩的工作温度急剧上升，工作环境日趋恶劣。在这种工况下，石英纤维已经不能使用，因此迫切需求具有更优异耐高温性能的陶瓷透波纤维。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提出一种力学性能优良、介电性能好、耐温性和耐烧蚀性好的硅硼氮纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料，并相应提供一种制备工艺简单、可控程度高、原料来源广泛、生产成本低、适于工业化生产的硅硼氮纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种硅硼氮纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：包括SiBN纤维预制件和BN陶瓷基体，BN陶瓷基体均匀填充于SiBN纤维预制件的空隙当中。

作为本发明的优选方案，所述的硅硼氮纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：具有如下的过程和步骤：

(1)排胶处理：将SiBN纤维预制件在真空或惰性气氛下进行排胶热处理，使SiBN纤维预制件中的有机胶热解，生成热解碳涂层；

(2)制备SiBN_f/BN复合材料中间体：将经步骤(1)处理的SiBN纤维预制件置于BN先驱体中，进行真空浸渍，之后在惰性气氛下进行加压交联固化，再在惰性气体保护下进行裂解；重复上述浸渍-交联-裂解过程，得到SiBN_f/BN复合材料中间体；

(3)除碳处理：将步骤(2)所得的SiBN_f/BN复合材料中间体在有氧环境下进行除碳热处理，使热解碳涂层与氧反应，生成气体逸出，得到硅硼氮纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料。

作为本发明的优选方案，所述BN陶瓷基体在硅硼氮纤维增强氮化硼陶瓷基复合材料中的体积分数为15％～75％；

作为本发明的优选方案，所述SiBN纤维预制件中纤维的体积分数为40％～70％；

作为本发明的优选方案，所述步骤(1)中，所述排胶热处理的工艺过程为：以5℃/min的升温速率升至300℃～700℃，保温2h后，随炉冷却至室温；