[发明专利]一种SiCf

说明书

本发明属于SiC_f/SiC复合材料燃料包壳的界面层技术领域，具体涉及一种SiC_f/SiC复合材料燃料包壳的界面层结构及制备方法。由内向外依次为PyC、SiC、PyC、SiC界面层。将碳化硅纤维预制件依次放入丙酮、乙醇中超声清洗，在烘干箱烘干；将预制件放入沉积炉中进行界面层制备：沉积炉抽真空，升温，依次通入氩气、甲烷气体；停止通入甲烷，只通入氩气，再依次通入氢气，三氯甲基硅烷；依次停止通入三氯甲基硅烷和氢气，通入氩气，通入甲烷，沉积热解碳；沉积碳化硅界面层，保温结束后，依次停止通入三氯甲基硅烷和氢气，持续通入氩气，随炉冷却至室温；将预制件，放入沉积炉中通过化学气相渗透工艺进行致密化。本发明制备的界面层适用于壁厚为0.5～2mm的SiCf/SiC复合材料包壳管。

技术领域

本发明属于SiC_f/SiC复合材料燃料包壳的界面层技术领域，具体涉及一种 SiC_f/SiC复合材料燃料包壳的界面层结构及制备方法。

背景技术

SiC_f/SiC复合材料结合了高性能SiC纤维和SiC基体各自的优势，具有高强度、低密度、耐高温、低化学活性等特点，是一种非常具有希望的高温结构材料，在国防、航空航天、能源等领域有着非常广阔的应用前景。在SiC_f/SiC复合材料中，纤维和基体都已经确定，二者之间的界面就成为影响SiC_f/SiC复合陶瓷材料性能的关键因素。界面本身与纤维、基体、工艺等密切相关。SiC_f/SiC 复合材料的界面是控制材料韧性一个关键因素，对界面进行改性是提高其性能的关键之一，通过纤维涂层可同时改善复合材料的强度和韧性。

SiC_f/SiC复合材料最常用的是热解碳(Pyrocarbon，PyC)层和BN(氮化硼) 层，从力学角度看，PyC界面层可使复合材料表现出非线性力学行为，但其致命缺点是在高于800℃的氧化气氛中极易氧化，PyC界面层在高温氧化气氛中的应用也因此受到了限制。BN(氮化硼)与热解碳有相似的层状结构，BN却具有优异的抗氧化性能，BN在850℃开始氧化，氧化后生成的B₂O₃在高温下具有自愈合裂纹的能力，能够阻止氧原子进一步向材料内部弥散，显著提高纤维的抗氧化性能，从而延长复合材料在高温氧化气氛下的使用寿命。但硼元素在辐照条件会发生生成氦，不能作为包壳材料使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种SiC_f/SiC复合材料燃料包壳的界面层结构及制备方法，有效解决辐照条件下SiCf/SiC复合材料中单一PyC界面层不稳定的问题，提高材料的力学性能和界面稳定性。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种SiC_f/SiC复合材料燃料包壳的界面层结构，由内向外依次为PyC、SiC、 PyC、SiC界面层。

每一层界面层厚度为50nm～200nm。

一种SiC_f/SiC复合材料燃料包壳的界面层结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将碳化硅纤维预制件依次放入丙酮、乙醇中超声清洗，在烘干箱烘干；

步骤二：将步骤一中处理好的预制件放入沉积炉中进行界面层制备：沉积炉抽真空，升温，依次通入氩气、甲烷气体，调节氩气和甲烷流量比例为1： (2-5)；

步骤三：停止通入甲烷，只通入氩气，再依次通入氢气，三氯甲基硅烷，氩气：氢气：三氯甲基硅烷的流量比为(5～10)：(5～10)：1；

步骤四：依次停止通入三氯甲基硅烷和氢气，通入氩气，通入甲烷，依照步骤二，沉积热解碳；

步骤五：重复步骤三，沉积碳化硅界面层，保温结束后，依次停止通入三氯甲基硅烷和氢气，持续通入氩气，随炉冷却至室温；