[发明专利]一种利用闪烧技术制备连续纤维增强陶瓷基复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种利用闪烧技术制备连续纤维增强陶瓷基复合材料的方法，包括首先将连续陶瓷纤维预制体置于模具中，随后将纳米陶瓷粉体少量多次逐步倒入模具中连续陶瓷纤维预制体上，并经过机械振荡使纳米陶瓷粉体充分填充预制体内部的孔隙；之后将所得松散复合材料采用一定压力进行压制成型，得到坯体；然后将坯体置于闪烧炉中，升温至预设温度，并施加预设电场强度的电场，直至出现闪烧现象；随后将电源由恒压状态转变为恒流状态，并在预设电流密度下保温一段时间，最后经降温冷却后即得到连续纤维增强陶瓷基复合材料。与现有技术相比，本发明具有烧结温度低、制备周期短、所得复合材料更加致密、陶瓷晶粒更细小、力学性能更加优异等优点。

技术领域

本发明属于连续纤维增强陶瓷基复合材料技术领域，涉及一种利用闪烧技术制备连续纤维增强陶瓷基复合材料的方法。

背景技术

连续纤维增强陶瓷基复合材料是将连续陶瓷纤维植入陶瓷基体中形成的一种高性能复合材料。连续纤维增强陶瓷基复合材料不仅具有陶瓷基体耐高温、抗氧化、抗蠕变、高强度、耐腐蚀等优点，还可以克服块体结构陶瓷断裂韧性低和抗冲击性能差的缺点，其假塑性断裂模式可以避免使用过程中结构件脆性断裂引起的灾难性问题。连续纤维增强陶瓷基复合材料作为一种综合性能优异的高温热结构材料，在航空、航天和核能领域具有广泛的应用前景(Rebecca Gottlieb,Shannon Poges,Chris Monteleone,Steven L Suib,Continuous fiber-reinforced ceramic matrix composites,In book:AdvancedCeramic Materials,2016Scrivener Publishing LLC.)。

目前制备连续纤维增强陶瓷基复合材料的方法主要有：(1)气相法，主要指化学气相渗透法(Chemical Vapor Infiltration:CVI)；(2)液相法，主要包括先驱体转化法(Polymer Infiltration and Pyrolysis:PIP)和溶胶-凝胶法(Sol-gel)；(3)固相法，即热压烧结法(Hot Press Sintering:HPS)。化学气相渗透技术采用气相先驱体高温裂解，在纤维表面沉积获得陶瓷基复合材料。这种方法制备的复合材料中纤维损伤较小，但是沉积速度慢，制备周期长，一般需要数月的时间才能获得最终的复合材料，制备成本很高，制备的复合材料孔隙率高(～15％)(R.Naslain,F.Langlais,R.Fedou,The CVI processing ofceramic matrix composites,Journal of Physique Colloques,1989,50(C5):191-207.)。液相法中，先驱体转换法和溶胶-凝胶法是用先驱体或者溶胶浸渍到纤维预制体内部，通过高温裂解陶瓷化生成陶瓷基体，从而得到陶瓷复合材料。这种方法热处理温度较低，但是陶瓷收率低，一般需要多次浸渍，所以数周的制造周期，且得到的复合材料也不可避免的含有～10％的孔隙率(G.Motz,S.Schmidt,S.Beyer,The PIP process:precursorproperties and applications,in Ceramic Matrix Composites:Fiber ReinforcedCeramics and their Applications,2008Wiley-VCH Verlag GmbHCo.KGaA.4.E.Rodeghiero,B.Moore,B.Wolkenberg,M.Wuthenow,O.Tse,E.Giannelis,Sol-gel synthesis of ceramic matrix composites,Materials Science and Engineering:A,1998,244(1):11-21.)。热压烧结法是首先将纤维浸渍在含有基体粉料的浆料中，然后将浸有浆料的纤维制成无纬布，层叠后热压烧结制得复合材料。这种方法制备简单，但是纤维同时在高温高压下处理会受到严重损伤，从而使纤维增韧作用大大减弱(K.Keller,G.Jefferson,R.Kerans,Oxide-Oxide composites,In:Handbook of CeramicComposites.2005Springer.)。

发明内容