[发明专利]一种在C/SiC复合材料表面制备SiC纳米线的方法

说明书

本发明提供一种在C/SiC复合材料表面制备SiC纳米线的方法，包括以下步骤：首先，制备二氧化硅粉和碳粉的混合粉备用，然后对C/SiC复合材料样品进行喷砂处理，使其表面具有一定的粗糙度，接着采用PIP工艺在样品表面引入碳源，最后，将制得的样品悬空置于硅粉和碳粉的混合物上方，采用化学气相反应法在C/SiC复合材料表面制备SiC纳米线，本发明首次在C/SiC复合材料表面引入碳源并成功制备了SiC纳米线，解决了在C/SiC复合材料表面强韧化陶瓷涂层增韧相的制备问题，并且SiC纳米线能够大量生成，使得SiC纳米线完全覆盖基体表面，本发明制备方法简单，扩宽了C/SiC复合材料的使用范围。

技术领域

本发明涉及一种在C/SiC复合材料表面制备SiC纳米线的方法，属于碳纤维增强陶瓷基复合材料领域。

背景技术

碳纤维增强碳化硅(C/SiC)复合材料具有耐高温、低密度、高性能和抗氧化等显著优点，是一种新型的高温结构防热一体化材料，可广泛应用于航天、航空、高速列车、先进导弹武器、核聚变能源等高科技领域，近年来对于C/SiC复合材料的研究热度不断升温。为了将C/SiC复合材料应用于温度更高的使用环境，需要解决C/SiC复合材料的抗氧化问题。目前应用最广泛的陶瓷质涂层由于与C/SiC复合材料基体的热膨胀系数不同而导致涂层表面具有微裂纹，甚至涂层与基体的剥离，为空气中氧的侵入提供了通道，从而导致涂层失去了对基体材料的保护作用。为了减少缺陷的产生，必须对涂层结构进行优化设计，缓解涂层与C/SiC复合材料基体性能的不匹配问题。

SiC纳米线是一种具有高度取向的单晶纤维，晶体结构与金刚石相类似，晶内成分均一，化学杂质少，无晶粒边界且缺陷少，因此具有如下特性及应用领域：(1)良好的电化学稳定性，在高频、大功率和高密度集成电子器件等方面具有巨大的应用潜力；(2)高熔点、高比强度、高弹性模量、低热膨胀系数、优异的力学性能和高温抗氧化能力。目前已开发出多种SiC纳米线的制备方法，如电弧放电法、化学气相沉积法、氧化物辅助生长法和模板法等。

目前，国内有不少人将SiC纳米线应用于解决陶瓷基涂层开裂等问题，专利申请CN201110359635.7以反应烧结和原位反应相结合的两步法在制备的Si-SiC复相陶瓷基体上制备SiC纳米线和纳米带，但是这种方法只是在陶瓷基体本身制备过程制备出纳米线，无法应用于在C/SiC复合材料表面制备SiC纳米线；专利申请CN201010142230.3采用化学气相沉积制备了SiC纳米线增韧SiC-MoSi2-CrSi2陶瓷涂层，借助纳米线增韧的作用，减小了涂层的开裂趋势，该方法中使用的复合材料为C/C复合材料，将其用于C/SiC复合材料表面制备SiC纳米线时，由于C/SiC复合材料表面存在大量的SiC，在制备SiC纳米线时，反应生成的SiC纳米线极少，甚至无法与原料反应，从而导致制备的SiC纳米线无法完整覆盖复合材料的表面；专利申请CN201210447597.5直接在制备C/SiC复合材料的过程中原位生成SiC纳米纤维，这种在基体中直接引入SiC纳米线的方法无法应用于在C/SiC复合材料表面合成SiC纳米线，采用该方法必须在制备C/SiC复合材料的同时来制备纳米线，导致成本极高，不适宜普遍应用。

综上，如果在C/SiC复合材料表面能够直接生成SiC纳米线，一方面可以提高陶瓷涂层的韧性，另一方面，C/SiC复合材料易于获得，解决了对设备条件等需求，方法能够广泛得到应用，扩大了C/SiC复合材料的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种在C/SiC复合材料表面制备SiC纳米线的方法，其工艺简单，且在没有催化剂辅助的条件下，在C/SiC复合材料表面制备出了大量的SiC纳米线，解决了C/SiC复合材料陶瓷涂层的增韧问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种在C/SiC复合材料表面制备SiC纳米线的方法，通过以下步骤实现：