[发明专利]一种改性SiC基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性SiC基复合材料及其制备方法。本发明改性SiC基复合材料的制备方法包括如下步骤：1)在纤维预制体纤维表面沉积热解碳(PyC)界面层，得到含PyC界面的纤维预制体；2)在含PyC界面的纤维预制体上沉积一定密度的SiC，得到SiC基多孔体；3)将SiC基多孔体进一步碳沉积增密；4)将金属硅粉、硼硅粉、钼粉、钇粉混合球磨，得到Si‑B‑Mo‑Y混合粉末；5)将步骤3)所得SiC基多孔复合材料置于步骤4)Si‑B‑Mo‑Y混合粉末中进行熔渗反应，得到Si‑B‑Mo‑Y改性SiC基复合材料。本发明工艺简单，可设计性强，制备的改性SiC基复合材料孔隙率低、耐烧蚀、抗水氧。

技术领域

本发明属于航空航天复合材料制备技术领域，具体涉及一种改性SiC基复合材料及其制备方法。

背景技术

SiC/SiC和C/SiC复合材料具有低密度、高强度、优异的高温力学性能、耐腐蚀、抗蠕变等一系列优良性能，在航空发动机热端部件得到广泛应用。然而，目前，推重比为8～10的航空发动机，涡轮前端温度可达1723K～1773K，推重比为12的航空发动机，涡轮前端温度可达2073K左右，若要继续提高推重比，热端部件的温度将提高更多，SiC/SiC和C/SiC复合材料面临着高能粒子冲刷、腐蚀失效等问题，制约了SiC/SiC和C/SiC复合材料在航空航天领域的应用。因此，进一步提高SiC/SiC和C/SiC复合材料在长时间、宽温域的抗水氧腐蚀能力显得尤为重要。

目前提高SiC/SiC和C/SiC复合材料抗水氧腐蚀的方法主要有三种：界面改性、基体改性以及涂层改性。其中基体改性通过在材料的基体中引入抗氧化、自愈合组元，达到阻碍氧气浸入、愈合裂纹的目的。已报导的基体改性方法主要有化学气相渗透法(CVI)、先驱体浸渍-裂解法(PIP)、反应熔渗法(RMI)等。与CVI、PIP等方法相比，反应熔渗法(RMI)制备周期短，工艺简单，成本低，预制体预先成形，形状稳定性好，无需机械施压，并能实现近净成型，所得复合材料气孔率低(2％～5％)。

CN113045326B公开了一种采用Si-B-X(X为Zr、Mo、Ti、Cr、Hf中的一种或多种)粉末制备改性C/C复合材料的方法。该方法采用低温熔渗，制得的C/C复合材料耐烧蚀性能较好，但是抗水氧腐蚀性能有待进一步提高。

发明内容

为了解决现有材料体系中存在的问题，本发明提供一种具有在长时间、宽温域的抗水氧烧蚀能力的改性SiC基复合材料及其制备方法。

本发明提供的这种改性SiC基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)采用化学气相渗透法在纤维预制体的纤维表面沉积热解碳界面层，得到含热解碳界面的纤维预制体；

2)采用化学气相渗透法或先驱体浸渍-裂解法在步骤1)得到的含热解碳界面的纤维预制体上沉积SiC，得到SiC基多孔体；

3)采用液相浸渍-炭化法在步骤2)得到的SiC基多孔体上沉积树脂炭，得到多孔SiC基复合材料；

或采用化学气相渗透法在步骤2)得到的SiC基多孔体上沉积热解碳，得到多孔SiC基复合材料；

4)将金属硅粉、硼硅粉、钼粉、钇粉进行球磨后，烘干，得到Si-B-Mo-Y混合粉末；

5)将步骤3)所得多孔SiC基复合材料包埋于步骤4)所得Si-B-Mo-Y混合粉末中进行反应熔渗，得到改性SiC基复合材料。

作为优选，所述步骤1)中，纤维预制体为碳化硅纤维预制体或碳纤维预制体；化学气相渗透法制备含热解碳界面的纤维预制体具体流程为：将纤维预制体置于化学气相沉积炉中，以丙烯为碳源气体，氢气为载气，在温度800～1100℃下沉积10～100h，最后随炉缓冷。