[发明专利]一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种具有Si‑Y‑C三元陶瓷基体复合材料及制备方法，利用反应熔体渗透法，将硅‑钇合金引入陶瓷基复合材料，制得一种含Si‑Y‑C三元陶瓷基体的复合材料。该方法提高了引入稀土化合物的质量分数，实现了连续渗透和均匀分布；制备温度较低，有利于原有纤维或晶须等增强体性能的充分发挥。在保证复合材料力学性能的前提下，其抗水氧腐蚀性能提升100～200％，抗热震性能提升100～150％。不仅如此，该方法工艺简单可控，对设备要求低，有利于规模生产。

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料及制备方法，其主要应用于提升陶瓷基复合材料抗水氧腐蚀和抗烧蚀性能领域。

背景技术

随着工业生产技术以及航空航天技术的发展，对复合材料种类的需求更加多样，对材料性能的要求也越来越高。新一代高性能航空发动机的工作条件严苛，对材料的抗水氧腐蚀性能提出了较高的要求；对于火箭发动机的热防护系统，则要求其抗烧蚀性能优异。因此，陶瓷基复合材料的主要发展方向之一就是提高材料在极端环境下的使用寿命。稀土硅酸盐(Y₂Si₂O₇/Yb₂Si₂O₇等)和其他含稀土化合物，因具有低高温挥发率、低氧气渗透率等优异性能，可用于提高复合材料的使用寿命。

目前使用含稀土化合物改性复合材料的方法主要有涂层改性法、界面改性法、基体改性法等。但涂层改性法存在密度低、易剥落、制备温度高等问题；界面改性法存在界面相分布不均匀，和复合材料组元的界面结合力弱等缺点，且工艺过程复杂，制备时间较长以及难以进行规模化生产。相对而言，基体改性法具有制备温度低、引入相质量分数高且分布均匀，容易进行规模化生产等优势。

文献1“Comparative study on high-temperature performance and thermalshock behavior of plasma-sprayed Yb₂SiO₅,and Yb₂Si₂O₇ coatings.Surface andCoatings Technology 349(2018)636-646.”先通过固相反应法制备稀土硅酸盐粉体，再使用空气等离子喷涂法在碳化硅基底表面制备Yb₂SiO₅和Yb₂Si₂O₇涂层，以提高抗热震性能。但该方法存在涂层不致密，易开裂、分层、剥落等问题。

文献2“In situ Y₂Si₂O₇ coatings on SiC fibers:Thermodynamic analysisand processing Journal of the American Ceramic Society 102(2019)167-177”首先通过预氧化SiC纤维在表面形成SiO₂，之后在纤维上涂覆6-12次YPO₄溶液，最后在1200℃下热处理20h原位生成Y₂Si₂O₇作为复合材料的界面。该方法在纤维表面制备了连续的Y₂Si₂O₇界面，但存在工艺过程复杂、对纤维损伤较大，且很难达到规模化生产等劣势。

文献3“Yttrium Bearing Silicon Carbide Matrices for Robust CeramicComposites”介绍了将YB₂,Y₂O₃,和Y₅Si₃等含钇化合物加入到SiC中提高其氧化腐蚀行为的方法，表明通过加入含钇化合物有望构建强健的基体，但还没有真正用到复合材料基体中。