[发明专利]一种原位生长陶瓷增强纤维树脂复合材料

摘要

本发明公开了一种原位生长陶瓷增强纤维树脂复合材料，由纤维预制体，界面层，陶瓷和树脂基体组成；其特征在于界面层包覆在纤维预制体中纤维的表面，呈环形包围状态，陶瓷原位生长在纤维预制体的孔隙中，微观上离散分布，陶瓷结构存在孔隙和微孔通道，形成原位生长陶瓷增强纤维多孔复合材料，树脂基体填充在原位生长陶瓷增强纤维多孔复合材料的孔隙和微孔通道中，形成连续、半非连续网络状态，并且表面包裹住原位生长陶瓷增强纤维多孔复合材料，形成原位生长陶瓷增强纤维树脂复合材料。本发明复合材料制备周期短，易于实现，且性能优异。

主权项

1.一种原位生长陶瓷增强纤维树脂复合材料，由纤维预制体，界面层，陶瓷和树脂基体组成；其特征在于界面层包覆在纤维预制体中纤维的表面，呈环形包围状态，陶瓷原位生长在纤维预制体的孔隙中，微观上离散分布，陶瓷结构存在孔隙和微孔通道，形成原位生长陶瓷增强纤维多孔复合材料，树脂基体填充在原位生长陶瓷增强纤维多孔复合材料的孔隙和微孔通道中，形成连续、半非连续网络状态，并且表面包裹住原位生长陶瓷增强纤维多孔复合材料，形成原位生长陶瓷增强纤维树脂复合材料；所述的纤维预制体通过将纤维编织、缠绕、针刺铺层而成，纤维为碳纤维、碳化硅纤维、高硅氧纤维、氧化铝纤维中的一种或多种，纤维体积分数30~50%；所述的界面层为热解碳界面、BN界面中的一种，厚度为0.3~3μm；所述的陶瓷为Al2O3、ZrO2、SiC中的一种，占整个复合材料体积分数15~30%；所述的树脂基体为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、酚醛树脂中的一种，占整个复合材料体积分数20~40%；所述的原位生长陶瓷增强纤维树脂复合材料密度1.6~2.1g/cm3；一种原位生长陶瓷增强纤维树脂复合材料的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：（1）将纤维编织、缠绕、针刺铺层成纤维预制体，用无水乙醇超声清洗，烘箱中烘干，烘干温度为80~120℃；（2）将烘干好的纤维预制体在流动的惰性气氛或真空环境中高温处理，碳纤维处理温度为1500~2000℃，碳化硅纤维处理温度为800~1100℃，高硅氧纤维、氧化铝纤维处理温度为900~1200℃；（3）采用化学气相渗透法在高温处理好的纤维预制体中制备界面层；（4）在制备好界面层的纤维预制体中原位生长陶瓷：采用先驱体浸渍裂解法，以硫酸铝铵盐溶液为先驱体浸渍制备好界面层的纤维预制体，经过1000~1300℃高温烧结，制得Al2O3陶瓷，采用溶胶‑凝胶法，以ZrOCl2▪8H2O为先驱体制备锆凝胶浸渍制备好界面层的纤维预制体，经过900~1500℃高温烧结，制得ZrO2陶瓷，采用先驱体浸渍裂解法，以聚碳硅烷/二甲苯溶液为先驱体浸渍制备好界面层的纤维预制体，经过900~1300℃高温烧结，制得SiC陶瓷，纤维预制体中原位生长的陶瓷占整个复合材料体积分数15~30%，得到原位生长陶瓷增强纤维多孔复合材料；（5）取原位生长陶瓷增强纤维多孔复合材料质量分数0.5~3%的硅烷偶联剂，配制硅烷偶联剂/乙醇溶液，将原位生长陶瓷增强纤维多孔复合材料浸渍到硅烷偶联剂/乙醇溶液中，烘干，得到硅烷偶联剂改性的原位生长陶瓷增强纤维多孔复合材料；（6）以环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、酚醛树脂为树脂基体，采用高压树脂传递模塑成型工艺将树脂基体填充到硅烷偶联剂改性的原位生长陶瓷增强纤维多孔复合材料中，固化成型后得到原位生长陶瓷增强纤维树脂复合材料。