[发明专利]一种氮化物纤维增强复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及纤维复合材料技术领域，提供了一种氮化物纤维增强复合材料及其制备方法和应用，氮化物纤维增强复合材料的制备方法包括如下步骤：(1)采用氮化硅纤维通过编织得到预制体；(2)利用包含硼酸和尿素的浸渍液对所述预制体进行浸渍干燥处理，得到浸渍预制体；然后对浸渍预制体依次进行氮化处理和热处理，得到表面具有氮化硼界面层的纤维预制体；(3)通过氮化物前驱体对所述具有氮化硼界面层的纤维预制体进行浸渍，然后依次进行交联固化和裂解；(4)重复步骤(3)至少一次得到所述氮化物纤维增强复合材料。本发明制备的复合材料在室温下的密度为1.74～1.76g/cm³，拉伸强度为46～60MPa，具有良好的强度和韧性。

技术领域

本发明涉及纤维复合材料技术领域，特别涉及一种氮化物纤维增强复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

高速飞行器的发展对耐更高温度的高性能透波材料提出了更高的要求。纤维增强硅硼氮透波复合材料中，因基体中硼元素的加入，提高了基体的耐温性，得到的复合材料具有良好的高温力学性能、稳定的介电性能及较好的抗烧蚀性能，是新一代飞行器天线罩的理想材料。目前，制备硅硼氮为基体的复合材料主要工艺方法为PIP工艺。

在纤维增强复合材料中，纤维是复合材料强度和韧性的主要来源。由于此类复合材料中的基体由前驱体通过有机-无机转化形成，具有较高的活性和侵蚀性，在界面处容易与纤维发生界面反应而导致结合过强，纤维无法拔出而发挥增强增韧的作用，发生类似脆性断裂的现象，导致复合材料的力学性能较低；因此，通过一定的方式弱化界面结合强度，进而改善复合材料的力学性能，对复合材料的界面结合状态的改善具有重要作用。

通过在纤维和基体间引入间隙界面相的方法可以更好的实现纤维的增强增韧效果。目前常用的界面相为碳涂层和氮化硼涂层，由于碳会影响介电性能不适合用于透波陶瓷基复合材料中，因此一般选择氮化硼涂层作为界面相。溶液浸渍法作为一种制备均匀光滑的氮化硼涂层的常用方法，相比化学气相沉积法，避免了设备要求高、能耗高、原料利用率低以及污染较大的缺点，其具有工艺简单、可设计性强的特点，易实现产品的放大生产，更适合用于大尺寸构件的涂层制备。氮化硼涂层的层状结构可以促进裂纹在涂层内部的偏转，弱化界面结合强度，进而改善复合材料的力学性能，对复合材料的界面结合状态的改善具有重要作用。

因此，改善氮化硅纤维与基体间的界面结合状态，可以更好地发挥纤维的增强增韧的作用，进而提高复合材料的力学性能，有益于复合材料应用范围的扩展，对于纤维增强氮化物复合材料的发展具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于氮化物前驱体与纤维之间因界面结合过强导致的纤维增韧效果不明显，导致复合材料力学性能较低的问题，针对现有技术中的缺陷，提供一种氮化物纤维增强复合材料及其制备方法和应用。

为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种氮化物纤维增强复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)采用氮化硅纤维通过编织得到预制体；

(2)利用包含硼酸和尿素的浸渍液对所述预制体进行浸渍干燥处理，得到浸渍预制体；然后对所述浸渍预制体依次进行氮化处理和热处理，得到表面具有氮化硼界面层的纤维预制体；

(3)通过氮化物前驱体对所述具有氮化硼界面层的纤维预制体进行浸渍，然后依次进行交联固化和裂解；

(4)重复步骤(3)至少一次得到所述氮化物纤维增强复合材料。

本发明提供的制备方法制得的氮化物纤维增强复合材料，不但具有更好的界面结合状态，而且其前驱体与纤维预制体之间交联充分，该复合材料的综合性能好。本发明尤其利用步骤(2)的溶液浸渍法处理与前驱体浸渍固化裂解的方式，解决了界面结合过强的问题，使得基体与纤维的界面结合更适宜，纤维增强作用更显著，复合材料强度更高。