[发明专利]多尺度增韧铺层结构吸波陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

一种多尺度增韧铺层结构吸波陶瓷基复合材料及其制备方法，制备方法步骤为：界面层的沉积、一维纳米增韧相的引入、铺层结构预制体的设计、先驱体抽滤浸渍、裂解。在连续纤维增强陶瓷基复合材料中原位引入一维增强相，实现了陶瓷基复合材料的多级增韧。在纤维预制体成型前通过原位生长引入一维纳米增强相，保证一维纳米结构与纤维之间具有较强结合力的同时，实现了纳米增强相在陶瓷基复合材料中的均匀分布，提升了复合材料微观结构可设计性，缩短了制备周期。采用抽滤浸渍工艺使得纳米吸波剂在复合材料中呈梯度分布，能够保证材料具有优异的吸波性能，同时采用铺层工艺制备预制体，能够设计并制备出异型构件，可满足航空航天热端构件的设计需求。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体的，涉及一种多尺度增韧铺层结构吸波陶瓷基复合材料及其制备方法。

背景技术

雷达隐身对于航空航天飞行器作战效能的提升具有重要意义，为满足我国新一代航空航天飞行器热端构件雷达隐身性能的需求，在对构件结构进行设计的基础上，对热端构件所用材料也提出了轻质、高强、耐温、抗氧化等要求，同时还需具有优异的吸波特性，因此迫切需要研发出吸波结构型材料，吸波结构型材料同时兼具承载和吸波作用，是雷达隐身航空航天飞行器材料重要的发展方向。

连续SiC纤维增强陶瓷基复合材料具有密度低，强度高、耐高温、抗氧化的特点，采用其作为航空航天飞行器热端构件材料，能够在保障构件可靠性的同时，大幅降低构件的结构重量，提升飞行器的推重比，此外，通过对陶瓷基复合材料内部微观结构的设计，还能够调控材料的电磁特性，实现材料优异的吸波特性。

采用PIP工艺制备陶瓷基复合材料具有工艺简单、制备成本低、设备要求低等优点，但是此工艺需经过多个周期浸渍-裂解过程，大大增加了制备周期。为提升陶瓷基复合材料的电磁吸波性能，可选择在材料内部引入纳米吸波填料。

为进一步提升陶瓷基复合材料的力学性能以及吸波特性，可在材料内部引入一维纳米材料，实现材料的多尺度的增韧，一维纳米材料的断裂以及拔出增加了材料受载过程中的能量耗散机制，但是一维纳米填料的加入容易在材料内部形成团聚，影响其性能的发挥及材料的性能均一性。即便采用化学气相沉积法在材料内部原位生长一维纳米材料，也会因预制体内部孔隙分布，以及沉积环境中气体浓度场及温度场的差异，造成一维纳米材料的分布不均匀。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，从而提供一种多尺度增韧铺层结构吸波陶瓷基复合材料的制备方法，在提升复合材料力学性能的同时，实现材料优异的吸波特性，缩短制备周期，制备出吸波结构型陶瓷基复合材料。

本发明的目的还在于提供一种用上述方法制备得到的多尺度增韧铺层结构吸波陶瓷基复合材料。

一种多尺度增韧铺层结构吸波陶瓷基复合材料制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在单层纤维布层内部纤维表面制备BN/SiC复合界面层，得到一级纤维布；所述单层纤维布层由碳化硅纤维作为增强相，单层纤维布层的编织结构为平纹、斜纹或缎纹，BN界面层厚度在300～1500nm，SiC界面层厚度为200～1000nm；

步骤2：在步骤1制得的一级纤维布中引入催化剂，采用化学气相沉积工艺在的BN/SiC复合界面层表面原位生长一维纳米增韧相，得到二级纤维布；

步骤3：将步骤2所得二级纤维布铺叠成预制体，并用石墨模具进行定型；

步骤4：采用抽滤浸渍-裂解工艺对步骤3所得预制体进行致密化，在抽滤浸渍过程中实现纳米碳粉在预制体内部的梯度分布，重复抽滤浸渍-裂解工艺进行致密化，直至预制体单次致密化过程后增重率小于1％。

在步骤1中，BN/SiC复合界面层的制备方法具体为：