[发明专利]一种SiC纳米线增强SiC陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种SiC纳米线增强SiC陶瓷基复合材料及其制备方法，属于陶瓷基复合材料领域，制备的SiC纳米线增强SiC陶瓷基复合材料具有强度高，韧性好，密度小，耐高温等优点。该复合材料包括超长SiC纳米线和SiC陶瓷基体，所述超长SiC纳米线通过原位自交联生长组成SiC陶瓷基复合材料预制件，所述的SiC纳米线预制件中的超长SiC纳米线相互缠绕，交联成空间网状结构，所述的SiC陶瓷基体填充于超长SiC纳米线的孔隙中；制备方法包括SiC纳米线预制件的制备、化学气相浸渗、先驱体浸渍裂解，该制备方法可以制备复杂构件，制备方法工艺简单，设备要求低，成本低，环保。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料领域，尤其涉及一种SiC纳米线增强SiC陶瓷基复合材料及其制备方法。

背景技术

连续SiC纤维增强SiC基（SiCf/SiC）复合材料具有低密度，高比强度，高比模量、低化学活性、高电阻率和低中子辐射诱导活性等特性，在航空航天、核聚变反应堆以及高温结构吸波材料等领域具有广阔的应用前景。目前的SiC纤维增强SiC基复合材料采用的纤维为直径在1μm以上的连续SiC纤维编织件或是直径为1-2μmSiC短纤组成的SiC棉毡，因此SiC纤维增强复合材料的性能受到了限制，特别在断裂韧性等方面还满足不了航空航天、国防等领域的迫切需求，需要开发更耐高温和具有更高损伤容限的SiC陶瓷基复合材料。

SiC纳米线最大弯曲强度为53.4GPa，是微米晶须的两倍，而且SiC纳米线在常温下还具有超塑性，因此以超长SiC纳米线代替传统的SiC纤维材料作为SiC陶瓷基复合材料的增强体有望提高SiC陶瓷基复合材料的强度，断裂韧性等。

目前将SiC纳米线引入SiC陶瓷基复合材料主要是添加入SiC纤维预制体中，但直接添加SiC纳米线的加入量很少，而且SiC纳米线具有巨大的比表面积和很高的长径比，因此很容易发生缠绕或团聚，在纤维内部分布不均匀，起不到相应效果。专利号为CN103993475 B的专利以Si粉和石墨粉为原料在碳纤维表面原位生长SiC纳米线，但是工序复杂，加入量少。专利号为CN 107311682 A的发明专利，采用CVD法在碳纤维表面沉积一层热解碳涂层之后沉积SiC纳米线再制备SiC陶瓷基复合材料，此种方法依旧为在碳纤维预制件中原位生长添加SiC纳米线，依旧没有解决SiC纳米线量少，分布不均匀的问题。专利号为CN106866148 A的发明专利同样是采用CVD原位生长在SiC纤维表面生长SiC纳米线，之后再进行复合，制备SiC复合材料，此种工艺方法与上两篇专利相同都是采用SiC纳米线添加入SiC纤维预制件的方法，SiC纳米线不是主要增强相，只作为辅助增强相存在，量少，分布不均匀。因此现有技术的制备方法大大限制了SiC纳米线在增强SiC陶瓷复合材料方面的作用。

发明内容

本发明提供了一种SiC纳米线增强SiC陶瓷基复合材料及其制备方法，所制备的SiC纳米线增强SiC陶瓷基复合材料强韧性好，致密度高，复合材料中SiC纳米线量大，分布均匀。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种SiC纳米线增强SiC陶瓷基复合材料，包括超长SiC纳米线，SiC陶瓷基体；所述SiC纳米线的平均直径为20nm-80nm,平均长度为1mm-10mm，所述的超长SiC纳米线通过原位生长自交联组成均匀的空间网格结构的预制体，所述SiC陶瓷基体填充于超长SiC纳米线预制体的孔隙之中，所述SiC陶瓷基体质量占复合材料的60%-70%。

一种SiC纳米线增强SiC陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将一定形状三聚氰胺泡棉放置于管式炉中，在50sccm-100sccm的氩气保护下，以5℃/min升温至400℃，再以10℃/min升温至500℃，保温2h热解得到碳泡棉基体，之后将碳泡棉浸渍于浓度为0.01mol/L-0.05mol/L的硝酸镍酒精溶液中，随即取出烘干备用；