[发明专利]一种纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1.碳纤维增韧聚合物的制备：以碳纤维与树脂、固化剂和润滑剂为原料，将原料搅拌均匀后置于挤出机中造粒，再置于注塑机中，在80~100 Mpa的压力下注入模具，固化后脱模，在250~300℃下热处理2~10h，冷却后得CFRP零件；S2.碳纤维增韧炭基多孔体的制备：将步骤S1所得CFRP零件进行高温碳化处理，得碳纤维增韧炭基多孔体；S3.SiC陶瓷基体的制备：将步骤S2所得碳纤维增韧炭基多孔体进行高温融渗处理，得纤维增韧陶瓷基复合材料。相对现有技术，本发明技术方案高效率，低成本，且不受几何尺寸限制，尤其适用于小零部件生产，能根据实际需求实现近尺寸成形制造异形件，适合大批量工业化生产。

技术领域

本发明属于纤维增韧陶瓷基复合材料的制备技术领域，更具体的，本发明涉及一种纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法。

背景技术

碳纤维增韧SiC基(C/C-SiC)复合材料具有轻质、高比模量、高比强度、耐高温和耐腐蚀等优点，在航空航天热结构部件和高速/高能载装备制动系统等领域展现了广阔的应用前景。

目前，制备C/C-SiC复合材料的工艺主要包括以下几个步骤：

(1)碳纤维增韧炭基多孔体的制备；

(2)SiC基体的制备。

其中，SiC基体的制备的主要方法有：化学气相渗透法(CVI)，聚合物浸渍裂解法(PIP)和反应融渗法(LSI)，其中反应融渗法(LSI)以低成本高效率而备受关注。用于SiC基体制备的碳纤维增韧炭基多孔体直接关系到C/C-SiC复合材料的微结构与性能。

目前，碳纤维增韧炭基多孔体制备过程主要涉及碳纤维增韧体的构筑、基体炭的制备两个关键方面。目前主要方法有：①纤维预制体体的构筑+化学气相和/或先驱体浸渍裂解制备炭基体；②纤维和树脂混合后模压成型+高温碳化；③在前述②基础上增加化学气相和/或先驱体浸渍裂解制备炭基体。

前述三种碳纤维增韧炭基多孔体的制备方法主要应用于航空航天及高能载制动系统等高端装备等不太计较生产成本的应用领域，其主要存在以下问题：成本较高，生成效率较低，生成周期较长，不适合大规模批量生产，受几何尺寸与形状限制，不适合尺寸、形状各异的零部件生产，且难以满足民用市场对低成本碳纤维增韧SiC基复合材料的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的问题，提供一种高效、低成本、不受几何尺寸与形状限制、适合大批量工业化生产的纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

本发明提供一种纤维增韧陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：

S1.碳纤维增韧聚合物的制备

S11.造粒

(1)本发明造粒工艺过程包括如下原料：

碳纤维：优选采用聚丙烯晴基碳纤维，进一步优选所述碳纤维长度为0.1mm至1mm；

树脂：优选采用清漆型酚醛树脂；

固化剂：优选采用六亚甲基四胺(≥99％)；

润滑剂：优选采用硬脂酸镁，进一步优选其中镁含量为4.59％；

其中：所述碳纤维体积分数为20～50％；所述树脂、固化剂和润滑剂按照体积分数比例80～90：5～10：5～10进行配置；

为了进一步抑制碳化过程中碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)的体积收缩，步骤S1中，所述树脂中添加有2～10wt％的纳米级或微米级陶瓷颗粒或炭颗粒。本发明创造性的引入炭颗粒或陶瓷颗粒将调解CFRP碳化后基体中孔隙的大小和分布规律。