[发明专利]一种碳纤维增强碳化硅复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种碳纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)CVD处理：将碳纤维丝装入化学气相沉积炉进行CVD处理；

(2)切成短纤维：将经步骤(1)处理后的所述碳纤维丝切割成长度为6～20mm的短纤维；

(3)短纤维与碳化硅浆料混合：将步骤(2)切割成的所述短纤维与碳化硅浆料进行混合，机械搅拌均匀，得短纤维与碳化硅浆料的混合料；

(4)模压、固化：将碳纤维网格布和步骤(3)所得混合料平铺在模具中，按照一层碳纤维网格布一层混合料的方式平铺至设计厚度后，给模具施加压力，压制成素坯体；再给模具加热，使得模具中的所述素坯体固化，得固化的素坯体；

(5)机械加工：将步骤(4)所得素坯体按照设计尺寸进行机械加工，得符合设计尺寸要求的素坯体；

(6)晶化处理：将步骤(5)所得素坯体置于高温炉中，进行晶化处理；晶化处理完毕，即得到碳纤维增强碳化硅复合材料产品。

2.根据权利要求1所述的碳纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述CVD处理的工艺为：以甲烷、丙烷、丙烯中的一种气体作为碳源气体，氮气为稀释气体，碳源气体与氮气的流量比为1:(1～8)；沉积时控制炉内气压为1～5KPa，沉积温度为970～1150℃，沉积时间为5～20h。

3.根据权利要求1或2所述的碳纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述短纤维的长度为6mm、9mm、15mm及20mm中的至少一种。

4.根据权利要求1-3之一所述的碳纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碳化硅浆料的成分包括碳化硅前驱体树脂及其固化剂、增强体、悬浮乳化剂以及烧结助剂；其重量配比为碳化硅前驱体树脂及其固化剂50-100重量份、增强体100-200重量份、悬浮乳化剂1-10重量份、烧结助剂1-10重量份；将所述碳化硅浆料的各组分混合，机械搅拌1-6小时，混合均匀。

5.根据权利要求4所述的碳纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碳化硅前驱体树脂为聚碳硅烷、聚甲基硅烷、甲基硅树脂中的至少一种，所述固化剂为乙烯基三乙氧基硅烷；

所述增强体为2000目碳化硅粉、1500目碳化硅粉、800目碳化硅粉、200nm碳化硅粉、150nm碳化硅粉、100nm碳化硅粉中的至少一种；

所述悬浮乳化剂为200nm白炭黑、100nm白炭黑、200nm硅粉、100nm硅粉中的至少一种；

所述烧结助剂为2000目硅粉、1000目硅粉、800目硅粉、2000目石墨粉中的至少一种。

6.根据权利要求1-5之一所述的碳纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述短纤维与碳化硅浆料的重量比为1:(3～5)；所述机械搅拌的时间优选为3～5h。

7.根据权利要求1-6之一所述的碳纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，压制素坯体的压强为5～10MPa。

8.根据权利要求1-7之一所述的碳纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述固化的工艺为：从室温升温至80～100℃，保温6～8h；然后升温至145～155℃，保温2～4h；再升温至215～225℃，保温2～4h；随炉冷却至60℃以下，出炉。

9.根据权利要求1～8之一所述的碳纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述晶化的工艺为：在惰性气氛保护下，以5～10℃/min的速率升温至850～910℃进行陶瓷化处理，在850～910℃保温1～2h；再以1.5～2.5℃/min速率升温至1600～1650℃进行晶化处理，在1600～1650℃保温1～2h；然后随炉冷却至200℃以下出炉。

10.根据权利要求1～9之一所述的碳纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述碳纤维增强碳化硅复合材料产品的密度为1.75～2.0g/cm³。