[发明专利]一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法，包括：在透波陶瓷纤维预制件的表面，以硅烷，三氯化硼和氨气为前驱体，氢气为载气，氩气为稀释气体，进行化学气相沉积，得到具有非晶SiBNC涂层的纤维预制件；进行热处理，得到具有SiBN透波涂层的纤维预制件；置于环硼氮烷前驱体浆料中进行压力浸渍，然后裂解，得到含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料。本发明制备的含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料弯曲强度和断裂韧性高，介电性能优良，表面的硅硼氮涂层连续性和均匀性较好，不易脱落。

技术领域

本发明属于透波陶瓷基复合材料技术领域，特别涉及一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法。

背景技术

高性能透波材料广泛运用于导弹、卫星等航空航天飞行器无线电系统，是保护飞行器在恶劣环境条件下通讯、遥测、制导、引爆等系统正常工作的一种多功能介质材料。连续纤维增强透波陶瓷基复合材料具有工作温度高、抗烧蚀、性能稳定等优点，一直是国内外高温透波材料领域研究的热点。然而，透波陶瓷基复合材料在高温制备的过程中，受固态扩散的影响，在纤维与基体的界面处产生剧烈的相互作用，该过程通常会导致形成强的界面结合，使纤维增韧作用弱化从而复合材料仍然呈现脆性断裂特征。在纤维表面制备界面材料是提高陶瓷基复合材料韧性的有效方法。界面可以阻止纤维的初期失效行为，并可使基体微裂纹沿着纤维轴的方向偏转，起到传递载荷的作用。

中国专利CN103664214(公开日期为2015年7月8日)公开了一种含氮化硅界面的透波复合材料的制备方法，该方法是用化学气相沉积的方法体系在氧化物纤维制备了氮化硅界面，然后进行硅溶胶浸渍工艺制备复合材料基体。该方法的优点是工艺过程简单，复合材料韧性较好，孔隙率低；缺点是氮化硅材料介电常数较高，对最终复合材料的介电性能有影响。

中国专利CN104261850A(公开日期为2015年1月7日)公开了一种耐高温透波氮化硅纤维增强复合材料及其制备方法，该方法是用聚硼硅氮烷前驱体通过半数陶瓷化在增强纤维表面制备氮化硼涂层，然后再以聚硼硅氮烷为主成分进行透波复合材料基体制备。该方法的优点是复合材料的介电性能优异，耐高温性能良好，韧性得到部分提高；缺点是工艺过程相对复杂，氮化硼界面与纤维的粘结性能较差，容易出现脱落。

中国专利CN103058697A(公开日期为2013年4月24日)公开了一种陶瓷基复合材料氮化硼界面相的改进方法。该方法采用化学气相沉积法制备单组分掺杂BN界面层，界面层厚度为80～500nm，方法设计性强，制备温度低，对纤维无损伤。界面耐高温、抗氧化性能好。缺点是并不适合作为透波界面材料，游离硅较多，对界面的透波性能影响较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法，硅硼氮陶瓷兼有氮化硅陶瓷和氮化硼陶瓷材料的优点，耐高温性能和透波性能良好，综合性能优异，与多种类型无机纤维和陶瓷基体具有良好的化学相容性，是一种理想的透波陶瓷基复合材料界面材料。

本发明的一种含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料的制备方法，包括：

(1)在透波陶瓷纤维预制件的表面，以硅烷，三氯化硼和氨气为前驱体，氢气为载气，氩气为稀释气体，进行化学气相沉积，得到具有非晶SiBNC涂层的纤维预制件；其中硅烷、三氯化硼、氨气、氢气的摩尔比为2～4：1～2：3～6：10；

(2)将步骤(1)得到的具有非晶SiBNC涂层的纤维预制件进行热处理，得到具有SiBN透波涂层的纤维预制件；

(3)将步骤(2)得到的具有SiBN透波涂层的纤维预制件置于环硼氮烷前驱体浆料中进行压力浸渍，然后在裂解炉中进行裂解，得到含硅硼氮界面的透波陶瓷基复合材料。

所述步骤(1)中的透波陶瓷纤维为石英纤维、高硅氧纤维、氮化硅纤维、氮化硼纤维或硅硼氮纤维中的一种或者几种。

所述步骤(1)中的透波陶瓷纤维预制件采用二维机织物铺层、2.5维机织物或三维编织物形式。