[发明专利]一种短切碳纤维/碳化硅复合材料的热压制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种短切碳纤维/碳化硅复合材料的制备方法，具体涉及短切碳纤维/碳化硅复合材料的热压制备方法。

背景技术

短切碳纤维/碳化硅(C_sf/SiC)兼具结构和功能特性，综合性能优越，在制动、滑动摩擦、骨植入、高温密封、反射镜等领域极具应用前景。Tang Hanling 等提出了一种采用短切碳纤维作为增强增韧纤维，以硅、铝、硼做烧结助剂，热压制备短切碳纤维/碳化硅的方法(Hanling Tang，XierongZeng，XinboXiong，LongLi，JizhaoZou.Mechanical and tribological properties of short-fiber-reinforced SiC composites，Tribology International，2009，42：823-827)，该方法可获得材料致密度高，达99％以上，且碳纤维大体积分数大，且均匀分散。但该方法采用的碳纤维价格昂贵，并且由于烧结助剂中有单质铝，因此在球磨混合工艺步骤中如果直接从球磨罐中球磨后立即取出，会发生剧烈反应，导致混合体发生燃烧、甚至爆炸；如果等球磨罐冷却后取出，由于球磨过程中铝易和碳反应，生成Al₄C₃相，该相遇水发生剧烈反应，会破坏碳纤维，因此在球磨混合工艺步骤时，必须加气体保护、而且要谨慎小心操作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、纤维保护性好、工艺过程易控制、安全的短切碳纤维/碳化硅复合材料的热压制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)首先将2～20mm预氧丝或预氧丝与2～20mm碳纤维以任意比的混合物置于1～10mol/L的NaOH、KOH或Ca(OH)₂的水溶液中，在温度为40℃～100℃下加热1～24h进行开纤处理，然后用蒸馏水超声清洗干净并烘干、备用；

2)将碳化硅粉体、烧结助剂、粘结剂、界面润湿剂、消泡剂和水混合，并搅拌成均匀的料浆；

3)将步骤1)得到的预氧丝或预氧丝与碳纤维的混合丝加入步骤2)得到的料浆中，捣匀，得到含预氧丝或混合丝的料浆；

4)再将所得到的含预氧丝或混合丝的料浆置于石墨模具中，在压力为5～10MPa下制成坯体，然后将含坯体的石墨模具置于抽真空的真空干燥箱中，在100～120℃干燥；

5)将干燥后的坯体连同石墨模具置于热压炉中，自室温随炉升温至900℃～1200℃，在压力为20MPa下处理2～4h，然后再升至1800℃～2400℃、在压力为20MPa～40MPa，保温30min～60min烧结，随炉冷却至室温获得短切碳纤维/碳化硅复合材料。

所述的碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、粘胶基碳纤维、沥青基碳纤维或石墨纤维中的一种或几种任意比例的混合物。

所述的碳化硅粉体的粒度小于2μm。

所述的烧结助剂为硅粉、铝硅共晶粉和硼铝合金粉的混合物，其中硅粉的质量百分比为55％～70％，铝硅共晶粉为20～30％，硼铝合金粉为10～25％。

所述的粘结剂为市售酚醛树脂或改性酚醛树脂、环氧树脂和聚胺树脂的一种或几种。

所述的界面润湿剂为乙醇、丙酮和丙三醇中的一种或几种。

所述的消泡剂为市售的壬(辛)基酚聚氧乙烯醚9、壬(辛)基酚聚氧乙烯醚15、op-10、吐温-20、吐温-80、斯盘-60、斯盘-80中的一种或几种。

所述的碳化硅粉体、烧结助剂、粘结剂、界面润湿剂、消泡剂和水制成的料浆，按100份质量份数计，其中碳化硅粉体27-37份、烧结助剂3～12份、粘结剂5～10份、界面润湿剂5～10份、消泡剂1～5份，余量为水。

所述的步骤3)含预氧丝或混合丝的料浆中预氧丝或预氧丝与碳纤维的混合丝的体积分数为15％～50％。

本发明采用预氧丝替代碳纤维，用市售硅粉、铝硅共晶粉和硼铝合金粉的混合物替代硼粉和铝粉的混合物，并采用水基料浆/热压制备短切碳纤维/碳化硅的方法。本发明具有成本低、纤维保护性好、工艺过程更易控制和安全的特点。

附图说明

图1是在1000℃下20MPa压力下保温130min、1800℃30MPa压力下烧结60min所得短切碳纤维/碳化硅的扫描显微镜图片。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：