[发明专利]一种含界面相的氧化铝纤维织物增强碳化硅陶瓷及其制备方法

摘要

一种含界面相的氧化铝纤维织物增强碳化硅陶瓷，其是以氧化铝纤维织物作为增强体，以碳化硅陶瓷作为基体，且增强体和基体之间形成有牺牲碳界面相；其制备的工艺步骤包括先将氧化铝纤维织物置于马弗炉中进行高温氧化，利用化学气相沉积工艺在纤维织物表面沉积裂解碳涂层；配制先驱体溶液，以其真空浸渍纤维织物，经低温交联和高温陶瓷化后完成一次致密化及多次反复的致密化，制得含裂解碳界面相的氧化铝纤维织物增强碳化硅陶瓷；最后通过高温热处理牺牲裂解碳界面相，制得最终产品。本发明产品的力学性能、抗氧化性能及高温性能均优异，且制备周期短、成本低、可以近净尺寸成型。

主权项

一种含界面相的氧化铝纤维织物增强碳化硅陶瓷的制备方法，所述氧化铝纤维织物增强碳化硅陶瓷是以氧化铝纤维织物作为增强体，以碳化硅陶瓷作为基体，且增强体和基体之间形成有牺牲碳界面相，其特征在于，所述制备方法具体包括以下工艺步骤：(1)纤维织物预处理：将氧化铝纤维织物置于马弗炉中进行高温氧化，以去除表面胶和杂质；所述氧化铝纤维织物为2.5D结构、三维四向结构、三维五向结构、三维六向结构或三维正交结构；所述氧化铝纤维织物中纤维体积分数为35％～50％；所述高温氧化的工艺过程为：将氧化铝纤维织物放入马弗炉中，在空气中以5℃/min～10℃/min的升温速率升至600℃～800℃，保温1h～3h，自然冷却至100℃以下取出；(2)纤维织物表面裂解碳涂层制备：利用化学气相沉积工艺在步骤(1)得到的氧化铝纤维织物表面沉积裂解碳涂层；所化学气相沉积工艺的参数条件包括：原料气为丙烯和氩气，沉积温度为900℃～1100℃，沉积压力为1kPa～3kPa，丙烯和氩气流速比为1∶1～1∶3，沉积时间为1h～5h；(3)先驱体溶液配制：称取聚碳硅烷和二甲苯，所述聚碳硅烷和二甲苯的质量比为1∶0.8～1∶1.2，混合搅拌均匀后备用；(4)基体致密化：以步骤(3)得到的先驱体溶液真空浸渍步骤(2)后得到的氧化铝纤维织物，然后取出晾干，经低温交联和高温陶瓷化后完成一次致密化过程；所述真空浸渍时间为4h～8h，晾干时间为2h～5h；所述低温交联是采用烘箱干燥方式完成，其工艺过程为：将晾干后的氧化铝纤维织物放入鼓风烘箱中，在空气中以2℃/min～5℃/min的升温速率升至160℃～200℃，保温3h～6h，自然冷却至室温；(5)反复致密化：重复上述步骤(4)至少10次，制得含裂解碳界面相的氧化铝纤维织物增强碳化硅陶瓷；(6)高温热处理：将上述步骤(5)得到的含裂解碳界面相的氧化铝纤维织物增强碳化硅陶瓷置于马弗炉中，通过高温热处理以牺牲裂解碳界面相，在氧化铝纤维织物和碳化硅陶瓷基体间形成间隙，制得含界面相的氧化铝纤维织物增强碳化硅陶瓷；所述氧化铝纤维织物增强碳化硅陶瓷的弯曲强度在150MPa以上，且经1000℃高温氧化2h后的弯曲强度变化幅度不超过5％；所述陶瓷的弹性模量在75GPa以上，且经1000℃高温氧化2h后的弹性模量变化幅度不超过5％。