[发明专利]一种快速高效在碳纤维增强复合材料表面获得碳化硅晶须及其制备方法

说明书

本发明提供一种快速高效在碳纤维增强复合材料表面获得碳化硅晶须及其制备方法，所述碳化硅晶须为将低密度的碳毡在硅粉、石墨粉和树脂酒精溶液组成的混合物中进行预处理，在较低的温度下将碳纤维增强复合材料块体放入预处理后的碳毡的夹层中，经温度处理后在碳纤维增强复合材料各个表面生长出的所得产物。本发明具有成本低，对设备要求低，工艺流程简便等优点，能够快速高效的在碳纤维增强复合材料表面制备大量的SiC晶须，晶须生长的效率高，生成的晶须分布均匀。

技术领域

本发明涉及一种快速高效在碳纤维增强复合材料表面获得碳化硅晶须及其制备方法。

背景技术

目前，碳纤维增强的碳基(C/C)和碳化硅基(C/SiC)复合材料具有密度小，比强度比模量高，耐高温等优点，被广泛的应用于航空航天领域，成为轻质化结构和放热结构的主要材料。但是，碳基材料在超过400℃的有氧环境中极易发生氧化，从而会造成碳纤维或者碳基体的氧化损耗，对复合材料的力学性能产生极大的破坏，影响构件的安全性。所以，对碳纤维增强的复合材料进行抗氧化防护显得很有必要。在碳纤维增强的复合材料表面制备陶瓷涂层对复合材料进行防护是目前最为常用的方式，但是，由于陶瓷涂层的韧性较低，同时由于制备工艺的限制，制备的陶瓷涂层极易产生孔洞裂纹等缺陷，降低了陶瓷涂层的防护效果。而SiC晶须增韧的陶瓷涂层则能够提高涂层的质量，使涂层的韧性提高，目前得到了广泛的研究。

目前制备SiC晶须的方面主要有两种，一种是常压化学气相沉积(CVD)法，一种是碳热还原法。常压CVD法是将浸泡过催化剂的样品放入管式炉，把炉体抽真空并通入保护气体至常压状态，然后当温度达到之后将SiC先驱体和载气通入炉体进行反应生成SiC晶须。此方法对设备要求较高，需要几路气体通入设备，而且先驱体一般具有腐蚀性，会对设备造成腐蚀，设备维护费用较高。另一方面，生成的SiC晶须不太均匀，在基体上容易产生富集区，也无法做到所有的表面均匀。另一种方法是碳热还原法，在高温下使原料产生Si蒸汽或者是SiO气体，在复合材料表面直接和碳发生反应生成SiC晶须。此种方法温度需要在高于硅的熔点之上，对设备要求高，而且此种方法基本只能在一个表面上生成SiC晶须，做到复合材料表面全部生成SiC晶须较为困难。

发明内容

根据上述提出的常压CVD法对设备要求较高，需要几路气体通入设备，而且先驱体一般具有腐蚀性，会对设备造成腐蚀，设备维护费用较高，另一方面，生成的SiC晶须不太均匀，在基体上容易产生富集区，也无法做到所有的表面均匀；碳热还原法温度需要在高于硅的熔点之上，对设备要求高，而且此种方法基本只能在一个表面上生成SiC晶须，做到复合材料表面全部生成SiC晶须较为困难的技术问题，而提供一种快速高效在碳纤维增强复合材料表面获得碳化硅晶须及其制备方法。本发明主要通过将低密度的碳毡、硅粉和石墨粉经过处理之后，在较低的温度下将碳纤维增强复合材料块体放入碳毡的夹层中，从而在碳纤维增强复合材料各个表面生长SiC晶须，具有成本低，对设备要求低，工艺简便快速等优点。

本发明采用的技术手段如下：

一种快速高效在碳纤维增强复合材料表面获得碳化硅晶须，所述碳化硅晶须为将低密度的碳毡在硅粉、石墨粉和树脂酒精溶液组成的混合物中进行预处理，在较低的温度下将碳纤维增强复合材料块体放入预处理后的碳毡的夹层中，经温度处理后在碳纤维增强复合材料各个表面生长出的所得产物。

本发明还提供了一种快速高效在碳纤维增强复合材料表面获得碳化硅晶须的制备方法，包括如下步骤：

S1、原材料的预处理：

S11、选用碳纤维增强的复合材料作为基体，将基体表面用砂纸打磨后待用；

S12、将硅粉和石墨粉按照质量比1:4-4:1混合在质量含量为25％-50％的树脂酒精溶液内，并构成混合物；

S13、将低密度的碳毡裁剪成一定尺寸大小后浸入混合物内5-20分钟；