CN102951919A - 一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法 - Google Patents

一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102951919A
CN102951919A CN2012104475975A CN201210447597A CN102951919A CN 102951919 A CN102951919 A CN 102951919A CN 2012104475975 A CN2012104475975 A CN 2012104475975A CN 201210447597 A CN201210447597 A CN 201210447597A CN 102951919 A CN102951919 A CN 102951919A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sic
carbon
composite material
matrix material
polycarbosilane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012104475975A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102951919B (zh
Inventor
孙银洁
李秀涛
周延春
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology
Original Assignee
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Academy of Launch Vehicle Technology CALT, Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology filed Critical China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Priority to CN201210447597.5A priority Critical patent/CN102951919B/zh
Publication of CN102951919A publication Critical patent/CN102951919A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102951919B publication Critical patent/CN102951919B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法，其步骤：（1）将碳纤维织物在管式炉中脱胶除去表面环氧树脂胶；加热温度在350~450℃，保温25~40min，氮气保护；将聚碳硅烷充分溶解于溶剂中，配成质量百分比浓度在30~40%聚碳硅烷溶液；（2）采用真空浸溃的方法将聚碳硅烷溶液浸渍碳纤维织物；将浸渍碳纤维织物取出，在空气中凉干，在管式炉中230~250℃固化1~3小时；（3）将步骤（2）固化后的浸渍碳纤维织物在1100~1400℃下高温裂解1~2小时，得到陶瓷基复合材料。本发明直接在制备复合材料的过程中原位生成SiC纳米纤维，SiC纳米纤维生长在孔洞处，在一定程度上实现了后续循环中前驱体浸渍剂的均匀分布，减少材料缺陷，提高复合材料的使用性能；本方法工艺简单，易于控制，操作方便。

Description

一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法
技术领域
本发明涉及碳纤维增强陶瓷基复合材料领域，具体涉及一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法。
背景技术
碳纤维增强碳化硅（C/SiC）复合材料具有耐高温、低密度、高性能和抗氧化等显著优点，是一种新型的高温结构防热一体化材料，可被广泛的用于航天、航空、高速列车、先进导弹武器、核聚变能源等高科技领域，显示出潜在的、巨大应用前景。
碳纤维具有极高的比强度和比模量，优良的导电和导热性、耐腐蚀性以及在还原性气氛中良好的耐高温性能，被广泛用作复合材料的增强（增韧）相。但是，传统的C/C或C/SiC复合材料中，毡体中炭纤维无论采用3D或4D编织，其强度、韧性、导电、导热等力学或物理性能，都存在很大的各向异性。SiC纳米纤维的强度远远高于其本体的强度，碳化硅纳米纤维具有优越的力学、热学及电学性能和高的物理化学稳定性等特性，同样可以作为塑料、金属、陶瓷等复合材料的增强相。在复合材料制备过程中加入SiC纳米纤维来以提高复合材料的强度和韧性。加入SiC纳米纤维前后，复合材料的最大断裂韧性由9.5±1.5MPa·m1/2增加至20.3±2.0MPa·m1/2增加114%。WongE W等已经通过原子力显微镜证实了碳化硅纳米棒具有很高的杨氏模量；Yang等采用化学气相渗透(CVI)法制备SiC纤维原位增强的陶瓷复合材料，取得了很好的增强效果。然而，利用先驱体浸渍裂解法制备复合材料的过程中原位生成SiC纳米纤维还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法，其工艺简单、耗时短，可以在前驱体裂解的过程中得到β-SiC纳米纤维，充分发挥其力学和物理性能，改善材料的各向异性，提高复合材料的使用性能。
实现本发明目的的技术方案：一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法，其包括如下步骤：
（1）将碳纤维织物在管式炉中脱胶除去表面环氧树脂胶；加热温度在350~450℃，保温25~40min，氮气保护；
将聚碳硅烷充分溶解于溶剂中，配成质量百分比浓度在30~40%聚碳硅烷溶液；所述的溶剂采用二甲苯、甲苯或四氢呋喃；
（2）采用真空浸溃的方法将聚碳硅烷溶液浸渍碳纤维织物，真空度小于0.1MPa，浸渍时间20~40min；将浸渍碳纤维织物取出，在空气中凉干，在管式炉中230~250℃固化1~3小时；
（3）将步骤（2）固化后的浸渍碳纤维织物在1100~1400℃下高温裂解1~2小时，得到陶瓷基复合材料。
如上所述的一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法，其步骤（3）所述的升温速率为5~15℃/min。
如上所述的一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法，其所述的碳纤维种类为T300或T700或T800，编织方式为碳毡或多向编织方式。
本发明的效果在于：
采用本发明方法可以在复合材料成型过程中原位生长得到SiC纳米纤维，利用碳纤维的良好力学和导电导热性能的同时，充分发挥原位生长纳米碳化硅纤维的力学和物理特性，并以此作为传统C/SiC复合材料的增强体，改善复合材料的各向异性，提高使用性能。
本发明直接在制备复合材料的过程中原位生成SiC纳米纤维，其主要构型为β－SiC纳米纤维，晶体结构为立方结构，形状呈竹节状，芦苇状。β－SiC纳米纤维在耐温性方面比α－SiC纳米纤维要高的多，此方法工艺简单，易于控制，操作方便。
本发明所述的在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法，其优点：（1）β-SiC纳米纤维在孔洞处生长，可防止基体开裂，可以提高复合材料的强度和断裂韧性；（2）纳米纤维的存在，对于后续的浸渍起到浸润的作用，有利于孔洞和微裂纹的减小，在一定程度上实现了前驱体浸渍剂的均匀分布，减少缺陷，提高复合材料的使用性能；（3）本方法是通过在复合材料复合过程中直接生成β－SiC纳米纤维，工艺简单，易于控制，操作方便。
附图说明
图1为本发明制备的SiC基体的X射线衍射图谱。
图2为本发明制备的β－SiC纳米纤维的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法作进一步描述。
实施例1
本发明所述的一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法，其包括如下步骤：
（1）将3K-T300碳纤维编织成正交三向碳纤维织物（5*5*5mm），将碳纤维织物放入管式炉中加热至400°C（氮气保护）保温30min除去表面环氧树脂胶。
将聚碳硅烷（PCS）充分溶解于二甲苯溶剂中，配成质量百分比浓度为30%聚碳硅烷溶液。
（2）将碳纤维织物放入真空浸渍罐中，倒入200ml聚碳硅烷溶液（至少没过碳纤维织物），然后抽真空，让聚碳硅烷溶液充分浸入碳纤维织物中，真空度小于0.1Mpa，浸渍时间30min；取出浸渍碳纤维织物在空气中凉干，在管式炉中240°C固化2小时。
（3）将步骤（2）固化后的浸渍碳纤维织物，在真空炉充入Ar气，炉中以10°C/min的升温速率加热至1100°C恒温1h，然后随炉冷却至室温。
对得到的陶瓷基复合材料基体进行X射线衍射分析，主要得到β相SiC，如图1所示。含基体的织物对其进行喷金3min，进行扫描电镜观察，形貌如图2所示，可见SiC纳米纤维，多数纤维约长几十个微米，直径约为几十纳米。
实施例2
本发明所述的一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法，其包括如下步骤：
（1）将6K-T700碳纤维编织成碳毡，然后将该碳纤维织物放入管式炉中加热至350°C（氮气保护）保温40min除去表面环氧树脂胶。
将聚碳硅烷（PCS）充分溶解于甲苯溶剂中，配成质量百分比浓度为35%聚碳硅烷溶液。
（2）将碳纤维织物放入真空浸渍罐中，倒入200ml聚碳硅烷溶液（至少没过碳纤维织物），然后抽真空，让聚碳硅烷溶液充分浸入碳纤维织物中，真空度小于0.1Mpa，浸渍时间20min；取出浸渍碳纤维织物在空气中凉干，在管式炉中230℃固化3小时。
（3）将步骤（2）固化后的浸渍碳纤维织物，在真空炉充入Ar气，炉中以5°C/min的升温速率加热至1200℃恒温2h，然后随炉冷却至室温，得到陶瓷基复合材料。
实施例3
本发明所述的一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法，其包括如下步骤：
（1）将3K-T800碳纤维编织成二维碳纤维织物，然后将该碳纤维织物放入管式炉中加热至450°C（氮气保护）保温25min除去表面环氧树脂胶。
将聚碳硅烷（PCS）充分溶解于四氢呋喃溶剂中，配成质量百分比浓度为40%聚碳硅烷溶液。
（2）采用真空浸溃的方法将聚碳硅烷溶液浸渍碳纤维织物，真空度小于0.1Mpa，浸渍时间40min；将浸渍碳纤维织物取出，在空气中凉干，在管式炉中250℃固化1小时；
（3）将步骤（2）固化后的浸渍碳纤维织物，在真空炉充入Ar气，炉中以15℃/min的升温速率加热至1400℃恒温1h，然后随炉冷却至室温，得到陶瓷基复合材料。
实施例4
本发明所述的一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法，其包括如下步骤：
（1）将6K-T300碳纤维编织成正交三向碳纤维织物（5*5*5mm），将碳纤维织物放入管式炉中加热至400°C（氮气保护）保温30min除去表面环氧树脂胶。
将聚碳硅烷（PCS）充分溶解于二甲苯溶剂中，配成质量百分比浓度为30%聚碳硅烷溶液。
（2）将碳纤维织物放入真空浸渍罐中，倒入200ml聚碳硅烷溶液（至少没过碳纤维织物），然后抽真空，让聚碳硅烷溶液充分浸入碳纤维织物中，真空度小于0.1Mpa，浸渍时间35min；取出浸渍碳纤维织物在空气中凉干，在管式炉中240°C固化2小时。
（3）将步骤（2）固化后的浸渍碳纤维织物，在真空炉充入Ar气，炉中以10°C/min的升温速率加热至1200°C恒温1.5h，然后随炉冷却至室温。

Claims (3)

1.一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
（1）将碳纤维织物在管式炉中脱胶除去表面环氧树脂胶；加热温度在350~450℃，保温25~40min，氮气保护；
将聚碳硅烷充分溶解于溶剂中，配成质量百分比浓度在30~40%聚碳硅烷溶液；所述的溶剂采用二甲苯、甲苯或四氢呋喃；
（2）采用真空浸溃的方法将聚碳硅烷溶液浸渍碳纤维织物，真空度小于0.1Mpa，浸渍时间20~40min；将浸渍碳纤维织物取出，在空气中凉干，在管式炉中230~250℃固化1~3小时；
（3）将步骤（2）固化后的浸渍碳纤维织物在1100~1400℃下高温裂解1~2小时，得到陶瓷基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法，其特征在于：步骤（3）所述的升温速率为5~15℃/min。
3.根据权利要求1或2所述的一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法，其特征在于：所述的碳纤维种类为T300或T700或T800，编织方式为碳毡或多向编织方式。
CN201210447597.5A 2012-11-09 2012-11-09 一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法 Active CN102951919B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210447597.5A CN102951919B (zh) 2012-11-09 2012-11-09 一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210447597.5A CN102951919B (zh) 2012-11-09 2012-11-09 一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102951919A true CN102951919A (zh) 2013-03-06
CN102951919B CN102951919B (zh) 2014-03-26

Family

ID=47761374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210447597.5A Active CN102951919B (zh) 2012-11-09 2012-11-09 一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102951919B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103319194A (zh) * 2013-06-24 2013-09-25 航天材料及工艺研究所 一种高强度抗接触损伤多孔SiC的制备方法
CN103553616A (zh) * 2013-10-23 2014-02-05 中国科学院上海硅酸盐研究所 原位生长SiC纳米线增强C/SiC复合材料及其制备方法
WO2022183527A1 (zh) * 2021-03-05 2022-09-09 华中科技大学 一种复杂结构碳纤维-SiC晶须增强的SiSiC复合材料及制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1868971A (zh) * 2006-05-25 2006-11-29 南京航空航天大学 一种碳纤维增韧的碳－碳化硅基复合材料及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1868971A (zh) * 2006-05-25 2006-11-29 南京航空航天大学 一种碳纤维增韧的碳－碳化硅基复合材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
北京航空制造工程研究所: "C/C-SiC复合材料两种制备工艺及材料性能", 《性能分析》, 31 December 2009 (2009-12-31), pages 118 - 121 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103319194A (zh) * 2013-06-24 2013-09-25 航天材料及工艺研究所 一种高强度抗接触损伤多孔SiC的制备方法
CN103319194B (zh) * 2013-06-24 2015-03-18 航天材料及工艺研究所 一种高强度抗接触损伤多孔SiC的制备方法
CN103553616A (zh) * 2013-10-23 2014-02-05 中国科学院上海硅酸盐研究所 原位生长SiC纳米线增强C/SiC复合材料及其制备方法
CN103553616B (zh) * 2013-10-23 2016-03-23 中国科学院上海硅酸盐研究所 原位生长SiC纳米线增强C/SiC复合材料及其制备方法
WO2022183527A1 (zh) * 2021-03-05 2022-09-09 华中科技大学 一种复杂结构碳纤维-SiC晶须增强的SiSiC复合材料及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102951919B (zh) 2014-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103408315B (zh) 一种三维中间相沥青基高热导率碳/碳复合材料及其制备工艺
CN106977217B (zh) 一种高强高韧性碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法
CN103332943B (zh) 基于液硅熔渗法制备碳陶基复合材料的微结构设计及性能控制方法
CN105110809B (zh) 石墨烯改性高热导率三维炭/炭复合材料的制备方法
CN103467126B (zh) 一种SiC纳米线改性C/C复合材料的制备方法
CN103553616B (zh) 原位生长SiC纳米线增强C/SiC复合材料及其制备方法
CN105060913B (zh) 一种低热膨胀系数C/C‑SiC复合材料的制备方法
CN109053207A (zh) 一种硅酸钇改性碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法
CN100532329C (zh) 一种碳纤维增韧的碳-碳化硅基复合材料制备方法
CN107141005B (zh) 氮化硅纤维增强二氧化硅和氮化硼陶瓷基复合材料及其制备方法和应用
CN102826866B (zh) 低成本C/SiC陶瓷复合材料的制备方法
CN103613400A (zh) 一种碳纤维增强碳-碳化硅双元陶瓷基梯度复合材料的制备方法
CN107311682A (zh) 一种SiC纳米线增强Cf/SiC陶瓷基复合材料及其制备方法
CN107892582A (zh) 一种炭纤维增强纳米孔炭隔热复合材料的制备方法
CN110105075A (zh) 高纯碳纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法
CN105237020B (zh) 一种碳纤维增强ZrB2-ZrN复相陶瓷基复合材料及其制备方法
CN105367106B (zh) 碳纤维增强碳化锆复合材料及其制备方法
CN105541363A (zh) 一种高温复合材料及制备方法
CN114524674B (zh) 一种防热-隔热-承载一体化轻质碳-陶复合材料及其制备方法
CN103804006A (zh) 一种透波型Si3N4纤维增韧Si3N4陶瓷基复合材料的制备方法
CN102951919B (zh) 一种在C/SiC复合材料中原位生长β-SiC纳米纤维的方法
CN105541416A (zh) 一种C/C复合材料表面HfC-SiC涂层的制备方法
CN103046166A (zh) 一种聚碳硅烷纤维的化学气相交联方法
CN105272256B (zh) 一种高导热石墨泡沫/碳复合材料及其制备方法
CN104402483A (zh) 一种碳纤维碳化硅复合材料制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant