CN102619081B - 化学气相沉积法制备氮化硼纤维织物界面层的制备工艺 - Google Patents

化学气相沉积法制备氮化硼纤维织物界面层的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种化学气相沉积法制备氮化硼纤维织物界面层的制备工艺，属于航天纤维制备工艺领域，其特征在于：采用硅源气体和氮源气体的混合气体作为反应气体，当反应室温度达到400℃时，通入反应气体，在500-1000℃下，压力在0.5-5KPa，通过调节反应温度、气体流量和压力控制物质沉积的速度，使得氮化硼纤维界面层致密、均匀，涂层厚度为0.8-3.0μm。利用化学气相沉积工艺，采用低温、低压制备氮化硼纤维界面层，使得氮化硼纤维界面层致密、均匀，沉积的纳米级氮化硅颗粒一方面填充了纤维表面的裂缝，增强了纤维的强度。

Description

化学气相沉积法制备氮化硼纤维织物界面层的制备工艺
技术领域
本发明涉及一种化学气相沉积法制备氮化硼纤维织物界面层的制备工艺，属于航天纤维制备工艺领域。
背景技术
随着航空、航天及各种军事技术的不断发展，连续氮化硼纤维增强陶瓷基复合材料以其优异的综合性能成为目前材料科学领域研究的热点之一，并在各领域中得到了广泛应用。
氮化硼纤维织物增强陶瓷基复合材料，不仅具有耐超高温(2500K长时使用)的特性，而且具有优异的介电性能及抗烧蚀性能，用其制备的航天飞行器长时在大气层中高速飞行过程中，具有热、力、电性能稳定、微烧蚀或近零烧蚀的特性，能够满足新型超高温透波材料的使用要求。
氮化硼纤维织物增强陶瓷基复合材料纤维界面层的制备工艺有以下几种：料浆液相浸渍工艺、有机前躯体浸渍裂解工艺以及化学气相渗积工艺等。纤维和基体界面间的扩展力是影响连续纤维增强的陶瓷基复合材料的机械性能的主要因素。界面结合状态直接关系到纤维的增强效果及复合材料的断裂模式，因此，纤维与基体的界面控制技术是制备性能优异的纤维增强复合材料的关键。
发明内容
根据现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种氮化硼纤维织物增强陶瓷基复合材料用纤维织物界面层的制备工艺，使得氮化硼纤维界面层致密、均匀，使纤维与基体形成合适的界面相，控制其界面结合强度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种氮化硼纤维织物增强陶瓷基复合材料用纤维织物界面层的制备工艺，其特征在于：采用硅源气体和氮源气体的混合气体作为反应气体，当反应室温度达到400℃时，通入反应气体，在500-1000℃下，压力在0.5-5Kpa，通过调节反应温度、气体流量和压力控制物质沉积的速度，使得氮化硼纤维界面层致密、均匀，涂层厚度为0.8-3.0μm。
所述的硅源气体为SiCI4和H2，其中H2为载气，通入气体流量比为SiCI4∶H2＝1∶6。
所述的氮源气体为NH3和Ar，其中通入气体流量比为NH3∶Ar＝1∶8。
所述的硅源气体与氮源气体中的硅元素与氮元素的摩尔比为1∶5。
所述的反应气体通入前预热至40℃。
采用低压化学气相沉积工艺制备对氮化硼纤维织物表面进行界面处理，采用硅源气体为SiCI4/H2(H2为载气)，氮源气体为NH3/Ar(H2为稀释气体)，当反应室温度达到400℃时，通入反应气体(气体预加热至一定温度)，在低温低压下实现目标物质在纤维编织体表面的沉积。
本发明的有益效果是：利用化学气相沉积工艺，采用低温、低压制备氮化硼纤维界面层，使得氮化硼纤维界面层致密、均匀，沉积的纳米级氮化硅颗粒一方面填充了纤维表面的裂缝，增强了纤维的强度；另一方面该界面层与纤维间形成渗透钉扎结构，有效地阻止成型和热处理过程中环境气氛对纤维的侵蚀，使纤维能有效地传递载荷并产生一定的脱粘、滑移、拔出等效果，大幅度提高复合材料的力学性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述：
实施例1
将SiCI4/NH3混合摩尔比控制在1∶5，其中硅源气体为SiCI4和H2，其中H2为载气，通入气体流量比为SiCI4∶H2＝1∶6；氮源气体为NH3和Ar，其中通入气体流量比为NH3∶Ar＝1∶8。当反应室温度达到400℃时，通入反应气体，反应气体通入前预热至40℃，反应沉积温度为1000℃，反应室压力控制为5KPa，沉积时间为10小时。扫描电镜观察：氮化硅的颗粒尺寸为8～12nm，涂层沉积厚度为0.8-1.5μm。
实施例2
将SiCI4/NH3混合摩尔比控制在1∶5，其中硅源气体为SiCI4和H2，其中H2为载气，通入气体流量比为SiCI4∶H2＝1∶6；氮源气体为NH3和Ar，其中通入气体流量比为NH3∶Ar＝1∶8。当反应室温度达到400℃时，通入反应气体，反应气体通入前预热至40℃，反应沉积温度为900℃，反应室压力控制为4KPa，沉积时间为10小时。扫描电镜观察：氮化硅的颗粒尺寸为8～12nm，涂层沉积厚度为1.2-2.0μm。
实施例3
将SiCI4/NH3混合摩尔比控制在1∶5，其中硅源气体为SiCI4和H2，其中H2为载气，通入气体流量比为SiCI4∶H2＝1∶6；氮源气体为NH3和Ar，其中通入气体流量比为NH3∶Ar＝1∶8。当反应室温度达到400℃时，通入反应气体，反应气体通入前预热至40℃，反应沉积温度为800℃，反应室压力控制为3KPa，沉积时间为10小时。扫描电镜观察：氮化硅的颗粒尺寸为8～12nm，涂层沉积厚度为2.1-3.0μm。
实施例4
将SiCI4/NH3混合摩尔比控制在1∶5，其中硅源气体为SiCI4和H2，其中H2为载气，通入气体流量比为SiCI4∶H2＝1∶6；氮源气体为NH3和Ar，其中通入气体流量比为NH3∶Ar＝1∶8。当反应室温度达到400℃时，通入反应气体，反应气体通入前预热至40℃，反应沉积温度为700℃，反应室压力控制为2.5KPa，沉积时间为10小时。扫描电镜观察：氮化硅的颗粒尺寸为8～12nm，涂层沉积厚度为0.8-1.5μm。
实施例5
将SiCI4/NH3混合摩尔比控制在1∶5，其中硅源气体为SiCI4和H2，其中H2为载气，通入气体流量比为SiCI4∶H2＝1∶6；氮源气体为NH3和Ar，其中通入气体流量比为NH3∶Ar＝1∶8。当反应室温度达到400℃时，通入反应气体，反应气体通入前预热至40℃，反应沉积温度为650℃，反应室压力控制为2KPa，沉积时间为10小时。扫描电镜观察：氮化硅的颗粒尺寸为8～12nm，涂层沉积厚度为1.5-2.0μm。
实施例6
将SiCI4/NH3混合摩尔比控制在1∶5，其中硅源气体为SiCI4和H2，其中H2为载气，通入气体流量比为SiCI4∶H2＝1∶6；氮源气体为NH3和Ar，其中通入气体流量比为NH3∶Ar＝1∶8。当反应室温度达到400℃时，通入反应气体，反应气体通入前预热至40℃，反应沉积温度为650℃，反应室压力控制为1.5KPa，沉积时间为10小时。扫描电镜观察：氮化硅的颗粒尺寸为8～12nm，涂层沉积厚度为1.8-3.0μm。
实施例7
将SiCI4/NH3混合摩尔比控制在1∶5，其中硅源气体为SiCI4和H2，其中H2为载气，通入气体流量比为SiCI4∶H2＝1∶6；氮源气体为NH3和Ar，其中通入气体流量比为NH3∶Ar＝1∶8。当反应室温度达到400℃时，通入反应气体，反应气体通入前预热至40℃，反应沉积温度为600℃，反应室压力控制为1KPa，沉积时间为10小时。扫描电镜观察：氮化硅的颗粒尺寸为8～12nm，涂层沉积厚度为2.3-2.8μm。
实施例8
将SiCI4/NH3混合摩尔比控制在1∶5，其中硅源气体为SiCI4和H2，其中H2为载气，通入气体流量比为SiCI4∶H2＝1∶6；氮源气体为NH3和Ar，其中通入气体流量比为NH3∶Ar＝1∶8。当反应室温度达到400℃时，通入反应气体，反应气体通入前预热至40℃，反应沉积温度为500℃，反应室压力控制为0.5KPa，沉积时间为10小时。扫描电镜观察：氮化硅的颗粒尺寸为8～12nm，涂层沉积厚度为0.8-1.5μm。

Claims (1)

1.一种化学气相沉积法制备氮化硼纤维织物界面层的制备工艺，其特征在于：采用硅源气体和氮源气体的混合气体作为反应气体，当反应室温度达到400℃时，通入反应气体，在500-800℃下，压力在0.5-3kPa ，沉积时间为10小时，通过调节反应温度、气体流量和压力控制物质沉积的速度，使得氮化硼纤维界面层致密、均匀，涂层厚度为0.8-3.0μm； 
所述的硅源气体为SiCl4和H2，其中H2为载气，通入气体流量比为SiCl4：H2=1：6； 
所述的氮源气体为NH3和Ar，其中通入气体流量比为NH3：Ar=1：8； 
所述的硅源气体与氮源气体中的硅元素与氮元素的摩尔比为1:5； 
所述的反应气体通入前预热至40℃。 
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