[发明专利]一种碳-碳化硅双元基体碳纤维复合材料、其制备方法及应用

权利要求书

1.碳-碳化硅双元基体碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)碳纤维预制体的编织与高温热处理；

所述碳纤维预制体采用间隔交替的无纬布/网胎为结构单元连续铺层，通过连续针刺方式制得；所述无纬布铺层方式为0°/45°/90°/-45°，无纬布与网胎比为(70～90)︰(30～10)，层间密度为12～18层/cm；所述针刺密度为30～40针/cm²；

(2)利用化学气相沉积法在上述碳纤维预制体的的表面制备热解碳保护层，得到多孔炭/炭坯体；

(3)通过浸渍方式在上述炭/炭多孔坯体内部引入碳元素和硅元素，经浸渍与裂解的循环周期后，得到C_f/C_m-Si_m多孔中间体；

在酚醛树脂中添加硅粉作为浸渍剂，通过浸渍方式在上述多孔炭/炭坯体内部引入碳元素和硅元素；采用两步法、经3～4个浸渍/裂解循环周期后得到Cf/Cm-Sim多孔中间体，所述两步法是指第一次浸渍和后续浸渍所用浸渍剂中硅粉的粒度和含量不同，第一次浸渍所用硅粉的粒度为5～15μm，浸渍剂中碳/硅摩尔比为(1.2～1.5)：1；后续2～3次浸渍过程中所用硅粉的粒度为20～30μm，浸渍剂中碳/硅摩尔比为(4～5)：1；

所述浸渍的温度为40～60℃，浸渍压力为5～7MPa，恒温时间为2～3小时；所述裂解的温度为750～900℃，裂解时采用氮气作为惰性保护气体；

(4)对上述C_f/C_m-Si_m多孔中间体进行包埋式熔融渗Si，惰性保护气氛下对上述C_f/C_m-Si_m多孔中间体进行包埋式熔融渗Si，制得体积密度为2.0～2.3g/cm³的C_f/C_m-SiC_m复合材料；

所述熔融渗Si所用硅粉的粒度为50～200μm，

所述融渗的温度为1500～1600℃，保温时间为1～2小时。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述高温热处理在氩气气氛环境下进行，热处理温度为1800～2000℃，保温时间1～2小时。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述化学气相沉积的条件为：沉积温度980～1050℃，沉积压力1.2～1.5kPa，沉积时间30～50小时。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述惰性保护气体为氩气。

5.权利要求1～4任一项所述制备方法得到的碳-碳化硅双元基体碳纤维复合材料，其特征在于，该材料内部SiC分布均匀，残余Si含量质量百分比在1.2～3.3％之间，弯曲强度为236～275MPa，压缩强度为322～364MPa，动态摩擦系数为0.32～0.48。

6.权利要求5所述碳-碳化硅双元基体碳纤维复合材料的应用，其特征在于，用于制备制动盘或片、飞机刹车盘、高速列车闸瓦或磁悬浮列车滑橇。

7.权利要求5所述碳-碳化硅双元基体碳纤维复合材料制备得到的制动盘或片。