[发明专利]一种SiCw定向高强韧陶瓷基复合材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种SiCw定向高强韧陶瓷基复合材料及其制备方法，将预制体在高温炉中进行界面层与基体制备，使预制体的相对密度达到25％～65％；利用超短脉冲激光制备陶瓷基复合材料定向孔；利用球磨制备SiCw浆料，结合真空浸渍法封填定向孔，反复浸渍，直至形成SiCw定向柱且不透光；利用CVI法进一步致密预制体，最终获得SiCw定向高强韧陶瓷基复合材料。该工艺的优点：(1)典型的SiCw定向封填柱结构极大地提高了复合材料的层间结合强度和整体强度；(2)SiCw层间结构包裹纤维丝与纤维束，可有效阻碍裂纹扩展，提高复合材料韧性；(3)定向封填柱具有设计性，可根据不同需求设计尺寸、间距及分布，操作简单。

主权项

1.一种SiCw定向高强韧陶瓷基复合材料及其制备方法，其特征在于步骤如下：步骤1、陶瓷基复合材料预制体的制备：将纤维依次叠层缝合成体积分数约为25～35％的纤维预制体，将纤维预制件置于高温真空炉中，沉积温度850～1000℃，气氛压力0.2KPa，丙烯流量30ml/min，Ar流量300ml/min，沉积50～60h冷却后制备复合材料界面；再将纤维预制件置于高温真空炉中，沉积1000～1100℃，气氛压力2KPa，通入H₂与MTSH₂，流量200ml/min，Ar流量300ml/min，H₂与MTS的摩尔质量比为10:1，沉积200～230h降温后形成复合材料预制体；所述复合材料预制体的相对密度达到25％～65％；步骤2：利用超短脉冲激光设备，采用波长400～1500nm，脉冲宽度80～500fs，功率5W～20W，在复合材料预制体厚度方向制备出直径0.2mm～1mm的多个定向孔；步骤3：将重量百分比30～45％的溶剂异丙醇及甲苯、5～15％的分散剂磷酸三乙酯和40～60％的SiC晶须混合均匀后置于塑料管，使用轻型球磨机混合7h得到浆料；再将增塑剂邻甲酸苯乙酯、丙三醇、粘结剂聚乙烯醇缩丁醛与上述浆料按照2.5︰2.5︰5︰90的比例混合，继续球混7h；随后按照混合后的浆料︰溶剂蒸馏水︰分散剂磷酸三乙酯按照90︰5︰5比例混合，置入聚氨酯球磨罐持续混合24小时，得到真空浸渍溶液的SiC晶须浆料；步骤4、SiCw封填预制体定向孔：将SiC晶须浆料浸渍液置于步骤2制备多个定向孔的厚壁预制体下方，真空泵在浸渍腔内制造负压，通过负压将SiC晶须浆料抽真空除泡，同时厚壁预制体内部沉积反应后生成的副产品气体能够被及时的抽出；继续浸泡在SiC晶须浸渍液中超过半小时后，取出待浸渍液固化，烘干；本步骤反复循环多次，直至形成SiCw定向柱且不透光；步骤5：将步骤4预制体置于高温真空炉中，沉积1000～1100℃，气氛压力2KPa，H2流量200ml/min，Ar流量300ml/min，H2与MTS的摩尔质量比为10:1，沉积100～120h降温后最终制成SiCw定向高强韧化厚壁陶瓷基复合材料。