[发明专利]一种致密Cf

说明书

本发明涉及一种致密C_f/SiBCN陶瓷基复合材料及其制备方法，所述制备方法包括：（1）利用真空作用将含有聚硼硅氮烷和自由基引发剂的前驱体混合溶液引入到碳纤维预制体中，然后在密封状态下交联固化，并在惰性气氛下裂解，得到C_f/SiBCN陶瓷基复合材料，所述自由基引发剂为过氧类引发剂或/和偶氮类引发剂；（2）重复浸渍‑交联固化‑裂解6～8次，得到所述致密C_f/SiBCN陶瓷基复合材料。

技术领域

本发明涉及一种致密C_f/SiBCN陶瓷基复合材料及其快速制备方法，属于无机非金属陶瓷材料领域。

背景技术

SiBCN陶瓷作为一种新兴的四元非晶材料，具有优异的耐高温(1700℃以下不结晶， 2000℃以下不失重)、抗氧化、抗热震等特点，应用前景广泛，但SiBCN陶瓷的脆性，大大限制了它的应用。连续碳纤维增强SiBCN陶瓷所制备的C_f/SiBCN复合材料，可以克服SiBCN陶瓷的脆性，同时保留基体耐高温、抗氧化、抗热震等优异性能，是新型飞行器较为理想的热结构/防护材料。结合SiBCN四元陶瓷自身的特殊性，前驱体浸渍裂解工艺是制备 C_f/SiBCN陶瓷基复合材料最有效的方法。

其中前驱体浸渍裂解工艺一般选用低粘度液态聚硼硅氮烷作为SiBCN前驱体。但是，聚硼硅氮烷作为前驱体存在两个问题：一是陶瓷产率低，由于前驱体要求粘度低，分子量低，导致在裂解过程中，大量的小分子挥发，造成陶瓷产率低；二是对潮湿的空气敏感，聚硼硅氮烷容易与氧气或空气中的水发生化学反应，造成SiBCN基体中氧含量高，降低其高温性能。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种快速制备致密且低氧含量的C_f/SiBCN陶瓷基复合材料的方法。

一方面，本发明提供了一种致密C_f/SiBCN陶瓷基复合材料的制备方法，包括：

(1)利用真空作用将含有聚硼硅氮烷和自由基引发剂的前驱体混合溶液引入到碳纤维预制体中，然后在密封状态下交联固化，并在惰性气氛下裂解，得到C_f/SiBCN陶瓷基复合材料，所述自由基引发剂为过氧类引发剂或/和偶氮类引发剂；

(2)重复浸渍-交联固化-裂解6～8次，得到所述致密C_f/SiBCN陶瓷基复合材料。

本发明选用含有乙烯基官能团的低粘度液态聚硼硅氮烷作为前驱体，以自由基引发剂(例如，过氧类引发剂或/和偶氮类引发剂等)对所述前驱体进行改性。然后通过柔性浸渍技术，将含有聚硼硅氮烷和自由基引发剂的前驱体混合溶液引入到碳纤维预制体中，使得前驱体混合溶液附着(仅物理附着)于碳纤维预制体的表面。然后进行交联固化，其中交联机理：自由基引发剂在相应温度范围内生成自由基，自由基与前驱体中的乙烯基官能团发生加成反应，生成大分子自由基，大分子自由基继续与其他乙烯基官能团发生加成反应，以此类推引发连锁反应。由于自由基聚合反应速率快，在较短时间内含有乙烯基官能团的低粘度液态聚硼硅氮烷全部固化变成固体包裹于碳纤维预制体中的碳纤维表面。以过氧化二异丙苯 (DCP)为例，交联机理如下)，得到固化后的碳纤维预制体。最后将所得固化后的碳纤维预制体进行热处理使得发生裂解，即获得C_f/SiBCN陶瓷基复合材料。重复上述浸渍-交联固化-裂解6～8次，得到致密C_f/SiBCN陶瓷基复合材料；

上述为DCP引发自由基聚合交联机理。