[发明专利]一种制备碳化硅纳米线增韧Cf/SiC复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种制备碳化硅纳米线的方法，尤其是一种制备碳化硅纳米线增韧C_f/SiC复合材料的方法。

背景技术

碳化硅(SiC)基复合材料具有高熔点、高韧性、抗腐蚀、热稳定性好的物理性质，是一种在高温热结构方面得到广泛应用的工程材料。尽管碳化硅基复合材料有许多优点，但是它们的固有特性，如低力学性能仍然阻碍其被广泛使用，尤其是伴随高传热和环境温度变化较大的应用上，如加热元件、等离子弧电极、超音速飞机、可重复使用运载火箭，或火箭发动机和超音速再入航天器前端的热防护结构等。到目前为止，已经有很多优秀的研究工作旨在提高SiC基复合材料的力学性能，研究的重点放在将鳞片石墨和碳纤维作为增强/增韧材料上，在已公开文献中，对其它类型增韧碳化硅基复合材料的报告也非常少。

文献“Fabrication in situ SiC nanowires/SiC matrix composite by chemical vapour infiltration process.Wen Yanga，Hiroshi Araki，Akira Kohyama，Somsri Thaveethavorn，Hiroshi Suzuki，Tetsuji Noda.Materies Letters.2004(58)：3145～3148”介绍了一种采用化学气相渗透方法制备出表面含有热解碳涂层的传统SiC纳米线增韧SiC基复合材料，该方法可以调整碳涂层的厚度和纳米线的含量实现SiC基复合材料的增韧效果，但一定厚度的碳涂层对纳米线和复合材料基体界面结合的强化程度有限，影响了SiC基复合材料的韧性提高。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种制备碳化硅纳米线增韧C_f/SiC复合材料的方法，可以降低SiC基复合材料在高传热和环境温度变化较大情况下的脆性开裂，提高了韧性。

技术方案

一种制备碳化硅纳米线增韧C_f/SiC复合材料的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将碳化硅粉和石墨纤维按照7：3体积比混合，添加剂Al₂O₃和La₂O₃作为烧结助剂按照1：1的摩尔比混合：

步骤2：将步骤1制备的碳化硅和石墨的粉末混合物与添加剂按9：1的质量百分比混合放入聚乙烯瓶中，以无水乙醇作为分散剂，SiC球作为研磨介质，在转速150～350转/分的条件下球磨16小时，得到浆料；

步骤3：采用旋转蒸发器将步骤2得到的浆料烘干，得到混合反应原料；

步骤4：将步骤3制备的混合反应原料装入石墨坩埚并置于高温气氛炉内，抽真空后冲入氩气作为保护气；

步骤5：以6～12℃/min的速度升温至1500～1850℃，保温30～60分钟，整个制备过程保持炉内压强30MP，关闭电源自然冷却至室温，即得到碳化硅纳米线增韧C_f/SiC复合材料。

所述的添加剂Al₂O₃的纯度≥99.95％，平均尺寸1.5μm。

所述的添加剂La₂O₃的纯度≥99.90％，平均尺寸0.5μm。

有益效果

本发明提出的一种制备碳化硅纳米线增韧C_f/SiC复合材料的方法，主要应用了反应烧结法，可以低成本、简单、高效的制备大量的碳化硅纳米线，通过在不同温度下的烧结反应，可以比较得到制备碳化硅纳米线增韧C_f/SiC复合材料的最佳温度。

本发明的有益效果：该方法生产成本低、工艺简单、易于操作、反应过程中不产生污染环境的有害气体，有利于环保和规模化生产，所得的碳化硅纳米线对C_f/SiC复合材料的增韧效果明显，与背景技术相比，可将C_f/SiC复合材料的韧性提高程度从65～105％提高到110～145％。

附图说明

图1：本发明各实施例所制备的碳化硅纳米线增韧C_f/SiC复合材料不同烧结温度下的弯曲强度曲线；

图2：本发明实施例3所制备的碳化硅纳米线增韧C_f/SiC复合材料不同保温时间的弯曲强度曲线；