[发明专利]一种自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳化硅陶瓷基复合材料的制备技术，涉及对自愈合碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料制备方法的改进。

背景技术

碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料（SiC_f/SiC）是在碳化硅陶瓷材料中添加碳化硅纤维作为第二相制备得到的，其可以在断裂过程中通过裂纹偏转、纤维断裂和拔出等机制吸收能力，增强材料的强度和韧性。SiC_f/SiC具有高比强度、高比模量、高硬度、耐磨损、抗氧化、抗腐蚀、高温稳定性好等优点，已成为航空航天和核工业等领域新一代理想高温结构材料，尤其是推重比10以上航空发动机不可缺少的热结构材料，具有大幅减重、提高使用温度和综合性能的潜力。但是，由于SiC_f/SiC的基体SiC及增强体SiC纤维中含有一定的自由C，在制备和使用过程中产生的热应力会导致SiC基体产生微裂纹，此外在材料制备过程中其内部残留10%左右的孔隙。微裂纹和孔隙导致SiC_f/SiC在高温下氧化介质可以直接作用到材料内部，削弱了SiC_f/SiC的抗氧化能力，进而制约了SiC_f/SiC在内耐高温长寿命的高推重比航空发动机领域的应用。

常被用来提高SiC_f/SiC长寿命抗氧化的方法有采用化学气相渗透法（CVI）制备具有自愈合功能的多层（SiC-BC_x）_n基体［专利：申请号为200910021047.5］，但是CVI工艺过程较为复杂、对设备要求高、制备周期长、制备成本高。［专利：申请号为200910049376.0］采用硼粉、ZrB2、B4C等含硼物质作为活性填料，采用浆料法和PIP法进行自愈合陶瓷基复合材料的研制。［专利：申请号为201010013506.8］采用浆料浸渗工艺引入B4C颗粒，再通过液硅渗透工艺将Si引入复合材料内部，与B4C原位反应生成SiB4和SiC。但是采用活性粉体填料的方法，一方面难以保证活性粉体填料能够在有机先驱体浸渍液中分散均匀，另一方面活性粉体填料在浸渍过程中存在渗透瓶颈效应，因此削弱了陶瓷基复合材料的自愈合防氧化能力。

发明内容

本发明的目的是：提出一种工艺简单、对设备要求低、制备周期短、制备成本低、自愈合防氧化能力强的自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法。

本发明的技术方案是：一种自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，制备的步骤如下：

1、制备碳化硅纤维预制体：以连续碳化硅纤维为原材料制备出碳化硅纤维预制体，其结构形式为：2维纤维铺层、2.5维纤维编织、3维纤维编织或3维纤维针刺毡；

2、配制先驱体浸渍液：以聚碳硅烷和三甲胺基硼烷聚合物为溶质，以二甲苯为溶剂制备先驱体浸渍液，溶质占先驱体浸渍液的重量百分比为45%～60%，聚碳硅烷占溶质的重量百分比为60%～85%；

3、制备碳化硅纤维预制体界面层：将碳化硅纤维预制体置于化学气相沉积炉内，以丙烷为气源，制备碳化硅纤维预制体热解碳界面层，沉积温度：1000℃，气体流量：1.0L/min，炉内压力：≤2KPa，沉积时间：4～6h，;所制备的热解碳界面层厚度为0.1～0.5μm；

4、定型：将碳化硅纤维预制体置于石墨模具内定型；

5、真空浸渍：将石墨模具放入真空浸渍设备中，该真空浸渍设备的内腔通过一条带有开关的管路与装有先驱体浸渍液的容器连通，关闭管路上的开关，对真空浸渍设备的内腔抽真空，直至真空压力不高于0.01MPa，打开管路上的开关，将先驱体浸渍液通过带有开关的管路吸入密闭容器中，淹没石墨模具，再次关闭管路上的开关，对石墨模具内的碳化硅纤维预制体进行浸渍，浸渍时间为10h～30h；

6、干燥：浸渍完成后，将石墨模具从真空浸渍设备中取出，置于空气中，在室温条件下自然干燥，然后将石墨模具置于烘箱中，在80℃～120℃温度下烘干不少于2h；

7、热模压：将石墨模具放入热压机的平台上，以10℃/min的升温速率升至190℃～220℃，保温30分钟，然后给模具加压至3MPa～6MPa，保压并停止加热，直到自然降温至室温后卸压；

8、裂解：将石墨模具放入裂解炉中，抽真空至小于1KPa，然后以10℃/min的升温速率升至1050℃～1150℃，保温30min～60min后，自然降温至室温；

9、带模具浸渍干燥裂解：将碳化硅纤维预制体进行不少于3次带模具浸渍干燥裂解，每次带模具浸渍裂解的过程为：重复步骤5、步骤6和步骤8；