CN108947538A - 一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法 - Google Patents

一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108947538A
CN108947538A CN201810846950.4A CN201810846950A CN108947538A CN 108947538 A CN108947538 A CN 108947538A CN 201810846950 A CN201810846950 A CN 201810846950A CN 108947538 A CN108947538 A CN 108947538A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sic fiber
fiber reinforced
preparation
ceramic matrix
matrix composites
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.)
Pending
Application number
CN201810846950.4A
Other languages
English (en)
Inventor
不公告发明人
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.)
Chengdu Cheng Wei Precision Machinery Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Cheng Wei Precision Machinery Manufacturing Co Ltd
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 Chengdu Cheng Wei Precision Machinery Manufacturing Co Ltd filed Critical Chengdu Cheng Wei Precision Machinery Manufacturing Co Ltd
Priority to CN201810846950.4A priority Critical patent/CN108947538A/zh
Publication of CN108947538A publication Critical patent/CN108947538A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C04B35/589—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained from Si-containing polymer precursors or organosilicon monomers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/806—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3804—Borides
    • C04B2235/3813—Refractory metal borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5216—Inorganic
    • C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
    • C04B2235/5244—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/614—Gas infiltration of green bodies or pre-forms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明属于复合材料技术领域，公开了一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)含ZrB2的SiBCN‑Ti前驱体粉末的制备；2)将SiC纤维制成预制件，随后将前驱体粉末与SiC纤维预制件放置在模具中进行热压处理，冷却后脱模，得到SiC纤维增强复合材料，之后转移至裂解炉中裂解处理，得到多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料；3)利用化学气相渗透工艺渗透SiBNC对复合材料致密化。本发明制备的SiC纤维增强陶瓷基复合材料纯度高，具有优异的高温稳定性，弯曲强度以及断裂韧性高，具有优异的吸波性能。

Description

一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种陶瓷基复合材料的制备方法，尤其涉及一种高温稳定性好、孔隙率低、密度高、弯曲强度高、断裂韧性高、吸波性能优异的SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法。
背景技术
纤维增强陶瓷基复合材料具有耐高温性能突出，抗氧化性能优异，密度低以及韧性高等特点，已经广泛应用于航空航天以及国防领域耐热部件，如航天飞机隔热瓦，发动机尾喷管，导弹天线罩等。SiC陶瓷纤维具有高温力学性能好、高温稳定性强、介电性能可调节等特点，广泛应用于高性能陶瓷基复合材料的增强相。
下面提供两个申请人检索到的现有专利文献作为参考，具体信息及摘要如下：
现有技术1：
中国发明专利，申请号201410817764.X，公开了一种自愈合SiC纤维增强 SiBNC复合材料的制备方法，包括：(1)制备聚硅硼氮烷PBSZ前驱体；将PBSZ 前驱体在N2保护下溶解于甲苯溶液中，得到PBSZ甲苯溶液；随后转移至管式炉中，在N2保护下进行交联处理，经研磨和网筛得到SiBNC前驱体粉末；(2) 将SiC纤维制成预制件，随后将SiBNC前驱体粉末和SiC纤维预制件进行热压处理，冷却后脱模，得到复合材料；转移至N2氛围保护的管式炉中陶瓷化，最后进行烧结，即得。本发明工艺相对简单，易操作，成本低，制备的碳化硅纤维增强硅硼氮碳复合材料均匀致密、高温稳定性好、抗氧化性能优异，尤其具有自愈合性能。该方法的缺点是孔隙率较高，密度低，复合材料力学性能需要进一步提高。
中国发明专利，申请号201210410226.X，该发明公开了一种SiCf/SiC复合材料的制备方法，包括以下步骤：将SiC纤维进行针刺编毡步骤得到第一针刺毡；采用化学气相沉淀法在第一针刺毡上制备SiC涂层得到第二针刺毡；将第二针刺毡在树脂中浸渍裂解2～4次得到毡体素坯，毡体素坯中C基体的体积分数为30％～65％；采用真空气相渗透法，将毡体素坯在气相硅气氛下进行烧结得到SiCf/SiC复合材料。解决了现有技术中SiCf/SiC复合材料力学性能差，制备周期长、成本高的技术问题。该方法的缺点是耐高温性能有待进一步提高。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种高温稳定性好、孔隙率低、密度高、弯曲强度高、断裂韧性高、吸波性能优异的SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
S1.含ZrB2的SiBCN-Ti前驱体粉末的制备：将六甲基二硅氮烷、三氯化硼、三氯硅烷和二氯二茂钛合成含钛的PBSZ前驱体，将含钛的PBSZ前驱体在氮气保护下溶解于有机溶剂得到含钛的PBSZ前驱体溶液，将ZrB2陶瓷粉末加入含钛的PBSZ前驱体溶液中形成混合浆料；将混合浆料加入到热解炉中进行交联处理，得到含ZrB2陶瓷粉末的块状SiBCN-Ti前驱体，经研磨后得到粒径为 50～100μm的含ZrB2的SiBCN-Ti前驱体粉末；
S2.多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备：将SiC纤维处理得到SiC纤维预制件，将准备好的含ZrB2的SiBCN-Ti前驱体粉末与SiC纤维预制件加入到模具中进行热压处理，冷却后脱模，得到SiC纤维增强复合材料；将制得的 SiC纤维增强复合材料加入到裂解炉中，在氮气保护下进行裂解处理，得到多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料；
S3.SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备：将准备好的多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料加入化学气相渗透炉中，升温至900～1200℃，以氢气和氨气为混合气载入三氯甲基硅烷和三氯化硼，氩气作为稀释气体，化学气相渗透SiBNC，反应一定时间后得到致密的SiC纤维增强陶瓷基复合材料。
优选的，所述步骤S1中六甲基二硅氮烷、三氯化硼、三氯硅烷和二氯二茂钛的摩尔比为(15～20):(15～20):(3～5):(1～2)。
优选的，所述步骤S1中的有机溶剂为笨、甲苯、二甲苯中的任意一种，优选二甲苯。
优选的，所述步骤S1中的ZrB2陶瓷粉末的粒径为300～500nm。
优选的，所述步骤S1中交联处理的温度为180～250℃、时间为2～6h。
优选的，所述步骤S1中的混合浆料中含钛的PBSZ前驱体与ZrB2陶瓷粉末的质量比为(2～4):1。
优选的，所述步骤S2中SiC纤维预制件的纤维体积分数为35％～50％、为 2.5维机织或3维立体编织预制件。
优选的，所述步骤S2中热压处理的温度为230～250℃、压力为5～10Mpa、时间为1～2h；所述步骤S2中裂解处理的温度为1300～1500℃、时间为2～4h、升温速率为1～5℃/min。
优选的，所述步骤S3中载气中氢气和氨气的体积比为1:(1～2)、载气流量为300～500ml/min，混合气体流量为50～100ml/min，氩气流量为200～400ml/min。
优选的，所述步骤S3中三氯甲基硅烷和三氯化硼的总流量为 50～120ml/min、摩尔比为(1～1.5):1、渗透反应时间为50～100h。
本发明的有益效果为：
本发明的制备方法在制备过程无需添加低熔点的烧结助剂，复合材料纯度高，具有优异的高温稳定性，采用前驱体模压结合化学气相渗透法制备的复合材料孔隙率低，密度高，纤维增韧结合颗粒增韧制备的复合材料弯曲强度以及断裂韧性高，本发明制备SiC纤维增强陶瓷基复合材料具有优异的吸波性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1：
本实施例的一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
1.含ZrB2的SiBCN-Ti前驱体粉末的制备：以六甲基二硅氮烷、三氯化硼、三氯硅烷、二氯二茂化钛为原料合成含钛的聚硅硼氮烷PBSZ前驱体，其中六甲基二硅氮烷、三氯化硼、三氯硅烷和二氯二茂钛的摩尔比为20:15:4:2；将合成好的含钛PBSZ前驱体溶于甲苯中得到含钛的PBSZ前驱体溶液，并将粒径为400nm的ZrB2陶瓷粉末加入到准备好的含钛的PBSZ前驱体溶液中得到混合浆液，所加入的ZrB2陶瓷粉与含钛的PBSZ前驱体溶液中钛的PBSZ前驱体的质量比为1:4；将准备好的混合浆液加入到热解炉中，在250℃的温度下交联5h 得到含ZrB2陶瓷粉末的块状SiBCN-Ti前驱体，并将该前驱体研磨成粒径为90 μm的含ZrB2的SiBCN-Ti前驱体粉末；
2.多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备：将SiC纤维处理得到40％纤维体积分数的三维编织SiC纤维预制件，然后将准备好的含ZrB2的SiBCN-Ti 前驱体粉末与三维编织SiC纤维预制件混合放入模具中，在温度为250℃、压力为10Mpa的状态下进行热压2h，然后冷却脱模得到SiC纤维增强复合材料；将制得的SiC纤维增强复合材料转移至裂解炉中，在氮气保护下以3℃/min的升温速度升至1400℃进行裂解3h得到多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料；
3.SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备：将准备好的多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料加入化学气相渗透炉中，升温至1100℃，以体积比为1:1的氢气和氨气为载气，载入摩尔比为1.5:1的三氯甲基硅烷和三氯化硼组成的混合气体，所述载气总流量为300ml/min，所述混合气体的流量为100ml/min，再向化学气相渗透炉中通入流量为200ml/min的氩气作为稀释气体，化学气相渗透80h后即可得到致密的SiC纤维增强陶瓷基复合材料。
实施例2：
本实施例的一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
1.含ZrB2的SiBCN-Ti前驱体粉末的制备：以六甲基二硅氮烷、三氯化硼、三氯硅烷、二氯二茂化钛为原料合成含钛的聚硅硼氮烷PBSZ前驱体，其中六甲基二硅氮烷、三氯化硼、三氯硅烷和二氯二茂钛的摩尔比为15:20:5:1；将合成好的含钛PBSZ前驱体溶于二甲苯中得到含钛的PBSZ前驱体溶液，并将粒径为300nm的ZrB2陶瓷粉末加入到准备好的含钛的PBSZ前驱体溶液中，所加入的ZrB2陶瓷粉与含钛的PBSZ前驱体溶液中钛的PBSZ前驱体的质量比为 1:3，然后在200℃的温度下交联6h得到含ZrB2陶瓷粉末的块状SiBCN-Ti前驱体，并将该前驱体研磨成粒径为60μm的含ZrB2的SiBCN-Ti前驱体粉末；
2.多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备：将SiC纤维处理得到50％纤维体积分数的2.5维机织SiC纤维预制件，然后将准备好的含ZrB2的SiBCN-Ti 前驱体粉末与纤维预制件混合放入模具中，在温度为230℃、压力为8Mpa的状态下进行热压1h后冷却脱模得到SiC纤维增强复合材料；将制得的SiC纤维增强复合材料转移至裂解炉中，在氮气保护下以5℃/min的升温速度升至1300℃进行裂解4h得到多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料；
3.SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备：将准备好的多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料加入化学气相渗透炉中，升温至1200℃，再以体积比1:1的氢气和氨气为载气载入摩尔比为1:1的三氯甲基硅烷和三氯化硼组成的混合气体，所述载气总流量为400ml/min，所述混合气体的流量为80ml/min，再向所述化学气相渗透炉中通入流量为300ml/min的氩气作为稀释气体，化学气相渗透70h 后即可得到致密的SiC纤维增强陶瓷基复合材料。
实施例3：
本实施例的一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
1.含ZrB2的SiBCN-Ti前驱体粉末的制备：以六甲基二硅氮烷、三氯化硼、三氯硅烷、二氯二茂化钛为原料合成含钛的聚硅硼氮烷PBSZ前驱体，其中六甲基二硅氮烷、三氯化硼、三氯硅烷和二氯二茂钛的摩尔比为15:15:5:2；将合成好的含钛PBSZ前驱体溶于二甲苯中得到含钛的PBSZ前驱体溶液，并将粒径为500nm的ZrB2陶瓷粉末加入到准备好的含钛的PBSZ前驱体溶液中，所加入的ZrB2陶瓷粉与含钛的PBSZ前驱体溶液中钛的PBSZ前驱体的质量比为 1:2，然后在200℃的温度下交联4h得到含ZrB2陶瓷粉末的块状SiBCN-Ti前驱体，并将该前驱体研磨成粒径为80μm的含ZrB2的SiBCN-Ti前驱体粉末；
2.多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备：将SiC纤维处理得到35％纤维体积分数的2.5维机织SiC纤维预制件，然后将准备好的含ZrB2的SiBCN-Ti 前驱体粉末与纤维预制件混合放入模具中，在温度为240℃、压力为7Mpa的状态下进行热压1.5h后冷却脱模得到SiC纤维增强复合材料；将制得的SiC纤维增强复合材料转移至裂解炉中，在氮气保护下以4℃/min的升温速度升至1300℃进行裂解3h得到多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料；
3.SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备：将准备好的多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料加入化学气相渗透炉中，升温至1200℃，再以体积比1:1的氢气和氨气为载气载入摩尔比为1.5:1的三氯甲基硅烷和三氯化硼组成的混合气体，所述载气总流量为400ml/min，所述混合气体的流量为50ml/min，再向所述化学气相渗透炉中通入流量为400ml/min的氩气作为稀释气体，化学气相渗透60h 后即可得到致密的SiC纤维增强陶瓷基复合材料。
实施例4：
本实施例的一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
1.含ZrB2的SiBCN-Ti前驱体粉末的制备：以六甲基二硅氮烷、三氯化硼、三氯硅烷、二氯二茂化钛为原料合成含钛的聚硅硼氮烷PBSZ前驱体，其中六甲基二硅氮烷、三氯化硼、三氯硅烷和二氯二茂钛的摩尔比为15:15:5:2；将合成好的含钛PBSZ前驱体溶于二甲苯中得到含钛的PBSZ前驱体溶液，并将粒径为500nm的ZrB2陶瓷粉末加入到准备好的含钛的PBSZ前驱体溶液中，所加入的ZrB2陶瓷粉与含钛的PBSZ前驱体溶液中钛的PBSZ前驱体的质量比为 1:2，然后在250℃的温度下交联4h得到含ZrB2陶瓷粉末的块状SiBCN-Ti前驱体，并将该前驱体研磨成粒径为80μm的含ZrB2的SiBCN-Ti前驱体粉末；
2.多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备：将SiC纤维处理得到35％纤维体积分数的2.5维机织SiC纤维预制件，然后将准备好的含ZrB2的SiBCN-Ti 前驱体粉末与纤维预制件混合放入模具中，在温度为240℃、压力为7Mpa的状态下进行热压1.5h后冷却脱模得到SiC纤维增强复合材料；将制得的SiC纤维增强复合材料转移至裂解炉中，在氮气保护下以4℃/min的升温速度升至1400℃进行裂解2h得到多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料；
3.SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备：将准备好的多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料加入化学气相渗透炉中，升温至1100℃，再以体积比1:1的氢气和氨气为载气载入摩尔比为1.5:1的三氯甲基硅烷和三氯化硼组成的混合气体，所述载气总流量为400ml/min，所述混合气体的流量为50ml/min，再向所述化学气相渗透炉中通入流量为400ml/min的氩气作为稀释气体，化学气相渗透70h 后即可得到致密的SiC纤维增强陶瓷基复合材料。
将上述实施例1～4四种制备方法制得的SiC纤维增强陶瓷基复合材料进行检测，检测指标包括孔隙率、弯曲强度、在1900℃的条件下失重率、对于12Ghz 的雷达波反射衰减，测试结果如表1所示：
表1
其中，孔隙率是指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比，孔隙率的大小直接反映了材料的密实程度，材料的孔隙率高，则表示密实程度小。弯曲强度是指材料在弯曲负荷作用下破裂或达到规定弯矩时能承受的最大应力，此应力为弯曲时的最大正应力，以MPa(兆帕)为单位，反映了材料抗弯曲的能力，用来衡量材料的弯曲性能，弯曲强度大则材料的刚性大，断裂韧性越大。1900℃的条件下失重率＝复合材料在1900℃的条件下存放一定时间后的质量/存放前的质量，失重率越低说明材料的高温稳定性越好。雷达波反射衰减值则反应了材料对雷达波的吸收程度，衰减值越大说明材料吸收的雷达波越多。
从表1中的数据可以看出，实施例1～4四种制备方法制得的SiC纤维增强陶瓷基复合材料中，实施例1所制得的SiC纤维增强陶瓷基复合材料孔隙率低、密室程度高、弯曲强度大、断裂韧性大、在1900℃的条件下失重率低、高温稳定性好，且对于12Ghz的雷达波反射衰减，说明其对雷达波的吸收效果好。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
S1.含ZrB2的SiBCN-Ti前驱体粉末的制备：将六甲基二硅氮烷、三氯化硼、三氯硅烷和二氯二茂钛合成含钛的PBSZ前驱体，将含钛的PBSZ前驱体在氮气保护下溶解于有机溶剂得到含钛的PBSZ前驱体溶液，将ZrB2陶瓷粉末加入含钛的PBSZ前驱体溶液中形成混合浆料；将混合浆料加入到热解炉中进行交联处理，得到含ZrB2陶瓷粉末的块状SiBCN-Ti前驱体，经研磨后得到粒径为50～100μm的含ZrB2的SiBCN-Ti前驱体粉末；
S2.多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备：将SiC纤维处理得到SiC纤维预制件，将准备好的含ZrB2的SiBCN-Ti前驱体粉末与SiC纤维预制件加入到模具中进行热压处理，冷却后脱模，得到SiC纤维增强复合材料；将制得的SiC纤维增强复合材料转移至氮气保护的裂解炉中裂解处理，得到多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料；
S3.SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备：将准备好的多孔SiC纤维增强陶瓷基复合材料加入化学气相渗透炉中，升温至900～1200℃，再以氢气和氨气为载气向化学气相渗透炉中载入三氯甲基硅烷和三氯化硼组成的混合气体，再向化学气相渗透炉中通入氩气作为稀释气体，反应一定时间后得到致密的SiC纤维增强陶瓷基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中六甲基二硅氮烷、三氯化硼、三氯硅烷和二氯二茂钛的摩尔比为(15～20):(15～20):(3～5):(1～2)。
3.根据权利要求1或2所述的一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的有机溶剂为笨、甲苯、二甲苯中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的ZrB2陶瓷粉末的粒径为300～500nm。
5.根据权利要求4所述的一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中交联处理的温度为180～250℃、时间为2～6h。
6.根据权利要求5所述的一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的混合浆料中含钛的PBSZ前驱体与ZrB2陶瓷粉末的质量比为(2～4):1。
7.根据权利要求5或6所述的一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中SiC纤维预制件的纤维体积分数为35％～50％，所述SiC纤维预制件为2.5维机织或3维立体编织的SiC纤维预制件。
8.根据权利要求7所述的一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中热压处理的温度为230～250℃、压力为5～10MPa、时间为1～2h；所述步骤S2中裂解处理的温度为1300～1500℃、时间为2～4h、升温速率为1～5℃/min。
9.根据权利要求8所述的一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中载气中氢气和氨气的体积比为1:(1～2)、载气流量为300～500ml/min，氩气流量为200～400ml/min。
10.根据权利要求9所述的一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中混合气体的流量为50～120ml/min、混合气体中三氯甲基硅烷和三氯化硼摩尔比为(1～1.5):1、渗透反应时间为50～100h。
CN201810846950.4A 2018-07-27 2018-07-27 一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法 Pending CN108947538A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810846950.4A CN108947538A (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810846950.4A CN108947538A (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108947538A true CN108947538A (zh) 2018-12-07

Family

ID=64466248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810846950.4A Pending CN108947538A (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108947538A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109851375A (zh) * 2019-01-31 2019-06-07 哈尔滨工业大学 一种硅硼碳氮陶瓷复合材料及其制备方法
CN109935966A (zh) * 2019-03-19 2019-06-25 北京遥感设备研究所 一种大尺寸大质量天线罩增强方法
CN110317073A (zh) * 2019-07-09 2019-10-11 中国航发北京航空材料研究院 一种多级纤维协同增韧抗氧化陶瓷基复合材料的制备方法
CN111892424A (zh) * 2020-07-07 2020-11-06 航天特种材料及工艺技术研究所 一种在基体材料上形成的宽温域抗烧蚀涂层及其制备方法
CN115385706A (zh) * 2022-08-23 2022-11-25 广西三元华鑫特种陶瓷有限公司 一种提高微纳纤维增强碳化硅材料抗冲击韧性的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103253938A (zh) * 2013-05-15 2013-08-21 西北工业大学 一种Si-B-C-N非晶陶瓷的化学气相沉积方法
CN104529499A (zh) * 2014-12-19 2015-04-22 东华大学 一种自愈合碳化硅纤维增强硅硼氮碳复合材料的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103253938A (zh) * 2013-05-15 2013-08-21 西北工业大学 一种Si-B-C-N非晶陶瓷的化学气相沉积方法
CN104529499A (zh) * 2014-12-19 2015-04-22 东华大学 一种自愈合碳化硅纤维增强硅硼氮碳复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHUNJIA LUO: "High-Temperature Stable and Metal-Free Electromagnetic Wave-Absorbing SiBCN Ceramics Derived from Carbon-Rich Hyperbranched Polyborosilazanes", 《APPLIED MATERIALS AND INTERFACES》 *
廖润华: "《环境治理功能材料》", 30 April 2017, 中国建材工业出版社 *
成来飞: "《复合材料原理及工艺》", 31 March 2018, 西北工业大学出版社 *
杜军: "《气相沉积薄膜强韧化技术》", 31 May 2018, 国防工业出版社 *
裴立宅: "《高技术陶瓷材料》", 31 July 2015, 合肥工业大学出版社 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109851375A (zh) * 2019-01-31 2019-06-07 哈尔滨工业大学 一种硅硼碳氮陶瓷复合材料及其制备方法
CN109851375B (zh) * 2019-01-31 2021-10-01 哈尔滨工业大学 一种硅硼碳氮陶瓷复合材料及其制备方法
CN109935966A (zh) * 2019-03-19 2019-06-25 北京遥感设备研究所 一种大尺寸大质量天线罩增强方法
CN109935966B (zh) * 2019-03-19 2021-04-09 北京遥感设备研究所 一种大尺寸大质量天线罩增强方法
CN110317073A (zh) * 2019-07-09 2019-10-11 中国航发北京航空材料研究院 一种多级纤维协同增韧抗氧化陶瓷基复合材料的制备方法
CN111892424A (zh) * 2020-07-07 2020-11-06 航天特种材料及工艺技术研究所 一种在基体材料上形成的宽温域抗烧蚀涂层及其制备方法
CN115385706A (zh) * 2022-08-23 2022-11-25 广西三元华鑫特种陶瓷有限公司 一种提高微纳纤维增强碳化硅材料抗冲击韧性的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108947538A (zh) 一种SiC纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法
US6576076B1 (en) Process for producing fiber-reinforced silicon carbide composites
TW201006784A (en) Carbon fiber carbon composite compact, carbon fiber reinforced carbon complex material and method for making same
CN112341229B (zh) 一种梯度C/ZrC-SiC超高温陶瓷基复合材料及其制备方法
CN103086731A (zh) 高强度纤维增强陶瓷基复合材料的微区原位反应制备方法
EP2373595A2 (en) Ultra hard/hard composite materials
JP5944618B2 (ja) 炭素繊維複合材、及びこの炭素繊維複合材を用いたブレーキ用部材、半導体用構造部材、耐熱性パネル、ヒートシンク
JP5944619B2 (ja) 炭素繊維複合材、及びこの炭素繊維複合材を用いたブレーキ用部材、半導体用構造部材、耐熱性パネル、ヒートシンク
CN105601280A (zh) 一种低成本轻质高防弹性能B4C/SiC复合陶瓷防弹板及制备方法
CN112341228A (zh) 一种C/ZrC-SiC超高温陶瓷基复合材料及其制备方法
CN113666764A (zh) 一种短切碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料墨水直写成型方法
CN103771859A (zh) 一种碳化硅／硼化钨复合材料及其制备方法
CN108129156A (zh) 一种碳陶复合材料及其先驱体浸渍制备方法
CN105541365B (zh) 一种高温炉用硬化保温材料的制备方法
CN113121237A (zh) 一种碳化硼基复合陶瓷及其制备工艺
JP2735151B2 (ja) 繊維強化炭化ケイ素複合セラミックス成形体の製造方法
CN104529499A (zh) 一种自愈合碳化硅纤维增强硅硼氮碳复合材料的制备方法
CN101734920B (zh) 一种氮化钛多孔陶瓷及其制备方法
CN102796972B (zh) 一种连续Mo纤维增强TiAl基复合材料的制备方法
CN105254307B (zh) 一种制备Si3N4‑O’‑Sialon‑TiN陶瓷球材料的方法
Kotani et al. Fabrication of high performance SiC/SiC composite by polymer impregnation and pyrolysis method
CN102115832A (zh) 一种金属复合材料的加工工艺
JP5308296B2 (ja) チタンシリコンカーバイドセラミックスの製造方法
KR100838825B1 (ko) 탄화규소 섬유 강화 반응소결 탄화규소 다공체 및 이의제조방법
JP2879675B1 (ja) 二次元繊維強化炭化ケイ素／炭素複合セラミックスの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181207

RJ01 Rejection of invention patent application after publication