[发明专利]一种陶瓷纤维增韧CVD碳化硅复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种陶瓷纤维增韧CVD碳化硅复合材料及其制备方法和应用。所述陶瓷纤维增韧CVD碳化硅复合材料以C/SiC复合材料作为基底，在基底上原位生成有SiC纤维，在原位生成的SiC纤维周边沉积有SiC，构成有SiC纤维增韧的SiC层；所述有SiC纤维增韧的SiC层中还设有金属M和/或金属M的碳化物和/或金属M的硅化物；所述M选自铁、钴、镍中的至少一种。其制备方法为：先在碳纤维预制体上沉积热解碳；然后进行熔硅渗硅；接着通过施镀的方式引入催化剂金属M；通过气相沉积制备碳化硅晶须；最后再制备一层SiC层。本发明所设计和制备的复合材料特别适用于空间相机的反射镜。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷纤维增韧CVD碳化硅复合材料及其制备方法和应用；属于陶瓷基复合材料制备技术领域。

背景技术

空间相机作为空间飞行器的“眼睛”，在航空航天领域具有重要意义，世界各国在此领域也展开了激烈的竞争。而且随着空间应用技术的发展，对发射载重以及空间相机的分辨率提出了越来越高的要求。反射镜作为空间光学系统中的关键部件，必须满足以下几个特点：

1.热力学性能稳定(热刚度与质量之比高，热膨胀系数低，热传导率高，比热低)

2.光学性能优异(要求可抛光到所需的面形精度，反射性好)

3.密度小，易制备和加工。

现阶段反射镜材料已经发展到第四代是C/SiC复合材料。但是， C/SiC复合材料的反射镜依然存在以下问题：(1)不能兼顾反射镜轻量化和高分辨率的双重标准；(2)碳纤维的存在，如果直接对C/SiC 材料表面抛光，表面光洁度达不到要求；(3)在抛光过程中，残余碳会氧化，将在表面留下孔洞。

因此C/SiC反射镜通常采用C/SiC坯体+CVD SiC涂层的结构。坯体的主要作用是支撑和定位，使镜面有稳定的精度，主要考虑力学、热学性能及轻量化结构；涂层的主要作用是在满足必须的抛光精度下，实现某一波段电磁波反射。然而，C/SiC坯体的热膨胀系数(CTE) 约为2(10^-6·K^-1)，CVD SiC涂层的热膨胀系数(CTE)约为4.5(10^-6·K^-1)。这种膨胀系数的差异，所带来的热应力，将引起涂层产生裂纹，在外太空使用时，会极大的影响空间相机的精度和清晰度。

但到目前为止，还未见在以C/SiC为坯体在坯体上原位生成SiC 晶须，然后在SiC晶须上沉积适当厚度的SiC的复合材料，并将该复合材料用作空间相机反射镜的相关报道。

发明内容

本发明针对C/SiC复合材料制备反射镜的缺点，提供一种陶瓷纤维增韧CVD碳化硅涂层及其制备方法和应用，有效解决现有C/SiC 复合材料基体与CVD SiC涂层的热匹配问题，以及CVD SiC涂层在抛光过程的脱落，并能够增韧涂层。

本发明一种陶瓷纤维增韧CVD碳化硅复合材料；所述陶瓷纤维增韧CVD碳化硅复合材料以C/SiC复合材料作为基底，在基底上原位生成有SiC纤维，在原位生成的SiC纤维周边沉积有SiC，构成有 SiC纤维增韧的SiC层；所述有SiC纤维增韧的SiC层中还设有金属 M和/或金属M的碳化物和/或金属M的硅化物；所述M选自铁、钴、镍中的至少一种。

作为优选，本发明一种陶瓷纤维增韧CVD碳化硅复合材料；在原位生成的SiC纤维周边通过CVD气相沉积生成SiC；构成所述SiC 层。

作为优选，本发明一种陶瓷纤维增韧CVD碳化硅复合材料；CVD 气相沉积生成的SiC中有部分和基底直接接触。在本发明所设计的材料中，CVD生成的SiC层存在于基底直接接触的界面。还有与原位生长于基底上的SiC晶须直接接触的界面。

本发明一种陶瓷纤维增韧CVD碳化硅复合材料的制备方法；包括下述步骤：

步骤一