CN109095939A - 一种碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109095939A CN109095939A CN201811086877.1A CN201811086877A CN109095939A CN 109095939 A CN109095939 A CN 109095939A CN 201811086877 A CN201811086877 A CN 201811086877A CN 109095939 A CN109095939 A CN 109095939A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon carbide
- interface layer
- tungsten
- modified
- tungsten carbide
- 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
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 277
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 190
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 164
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 125
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 78
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 39
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 26
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000002289 liquid silicon infiltration Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 52
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 44
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 34
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 13
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 12
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 9
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 6
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 5
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 5
- 239000001667 (E)-4-furan-2-ylbut-3-en-2-one Substances 0.000 claims description 4
- GBKGJMYPQZODMI-SNAWJCMRSA-N (e)-4-(furan-2-yl)but-3-en-2-one Chemical compound CC(=O)\C=C\C1=CC=CO1 GBKGJMYPQZODMI-SNAWJCMRSA-N 0.000 claims description 4
- YOUIDGQAIILFBW-UHFFFAOYSA-J Tungsten(IV) chloride Inorganic materials Cl[W](Cl)(Cl)Cl YOUIDGQAIILFBW-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 4
- 229920005546 furfural resin Polymers 0.000 claims description 4
- UIUXUFNYAYAMOE-UHFFFAOYSA-N methylsilane Chemical compound [SiH3]C UIUXUFNYAYAMOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BGRYSGVIVVUJHH-UHFFFAOYSA-N prop-2-ynyl propanoate Chemical compound CCC(=O)OCC#C BGRYSGVIVVUJHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 4
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 4
- NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H tungsten hexafluoride Chemical compound F[W](F)(F)(F)(F)F NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 4
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 3
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 3
- QUBBAXISAHIDNM-UHFFFAOYSA-N ethyldimethylbenzene Natural products CCC1=CC=CC(C)=C1C QUBBAXISAHIDNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NONRBKULRGWAQK-UHFFFAOYSA-N fluoromethylsilane Chemical compound FC[SiH3] NONRBKULRGWAQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 3
- ZTQSAGDEMFDKMZ-UHFFFAOYSA-N Butyraldehyde Chemical compound CCCC=O ZTQSAGDEMFDKMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 10
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 7
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 188
- 239000011184 SiC–SiC matrix composite Substances 0.000 description 20
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 11
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 11
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 10
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 7
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 7
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 6
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 6
- 239000002296 pyrolytic carbon Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229920003257 polycarbosilane Polymers 0.000 description 5
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 5
- DWAWYEUJUWLESO-UHFFFAOYSA-N trichloromethylsilane Chemical compound [SiH3]C(Cl)(Cl)Cl DWAWYEUJUWLESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910003978 SiClx Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000003026 anti-oxygenic effect Effects 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N Fluoroform Chemical compound FC(F)F XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 2
- HPNSNYBUADCFDR-UHFFFAOYSA-N chromafenozide Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C(=O)N(NC(=O)C=2C(=C3CCCOC3=CC=2)C)C(C)(C)C)=C1 HPNSNYBUADCFDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 2
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 1
- 101710198474 Spike protein Proteins 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000011825 aerospace material Substances 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- AZFVLHQDIIJLJG-UHFFFAOYSA-N chloromethylsilane Chemical compound [SiH3]CCl AZFVLHQDIIJLJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DYJZNDAZMIBIMX-UHFFFAOYSA-N chloromethylsilicon Chemical compound [Si]CCl DYJZNDAZMIBIMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- -1 dichloromethyl silicon Alkane Chemical class 0.000 description 1
- XRRDNAZMVAXXQP-UHFFFAOYSA-N difluoro(dimethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(F)F XRRDNAZMVAXXQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- IYDGMDWEHDFVQI-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid;trioxotungsten Chemical compound O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.OP(O)(O)=O IYDGMDWEHDFVQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003944 tolyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N trichloroborane Chemical compound ClB(Cl)Cl FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PQDJYEQOELDLCP-UHFFFAOYSA-N trimethylsilane Chemical compound C[SiH](C)C PQDJYEQOELDLCP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940094989 trimethylsilane Drugs 0.000 description 1
- 238000005019 vapor deposition process Methods 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 208000016261 weight loss Diseases 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
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
- 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
- C04B2235/3817—Carbides
- C04B2235/3826—Silicon carbides
-
- 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
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明涉及一种碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法。所述方法包括：(1)通过化学气相沉积法在碳化硅纤维预制体的表面依次沉积一层碳化钨界面层和一层碳化硅界面层，制得改性碳化硅纤维预制体；(2)用碳前驱体溶液浸渍改性碳化硅纤维预制体，然后将浸渍后的改性碳化硅纤维预制体依次经过固化和裂解的步骤；(3)至少重复步骤(2)一次，制得多孔碳化硅纤维预制体；(4)将多孔碳化硅纤维预制体进行液硅熔渗反应，制得碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料。本发明制得的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的高温抗氧化性能、抗热冲击性能、抗水蒸气腐蚀性能等综合性能优异。
Description
技术领域
本发明属于航空航天材料制备技术领域，尤其涉及一种碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法。
背景技术
目前，航空最先进的发动机涡轮叶片用材料主要是第三代单晶高温合金，其密度约为8～9g/cm3，极限使用温度为1100℃。为进一步提高涡轮前温度和减轻发动机重量，必须研发新型超轻高温材料。碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiC/SiC复合材料)具有密度低、高温性能好、使用温度高等特点，其密度大约只有目前镍基高温合金的1/3，使用温度可达1500℃以上，被认为是未来高性能发动机的关键材料，是实现高推重比发动机的根本保障。
SiC/SiC复合材料一般包括纤维预制体、纤维界面层和陶瓷基体；其中，SiC纤维预制体起骨架作用，负责承载材料的应力，陶瓷基体在高温条件下起到抗热冲击和抗氧化的重要作用，纤维界面层是连接纤维预制体和陶瓷基体的过渡材料，因其独特的层状结构，层间在应力作用下能够发生滑移，能够有效实现裂纹偏转和能量释放的作用。
目前常用的界面层是热解碳(PyC)界面层和氮化硼(BN)界面层，其中PyC界面层在400℃氧化环境性能会明显下降；BN界面层对晶相要求严格，但BN界面层在高温下晶相容易发生转变，且BN界面层容易被水环境腐蚀，会限制SiC/SiC复合材料的使用。随着航空发动机对材料的抗热冲击性能、耐温性能以及抗氧化性能等要求的提高，需要开发新的纤维界面层来提升SiC/SiC复合材料的性能。
发明内容
为了解决现有技术存在的至少一个技术问题，本发明提供了一种碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法。本发明制得的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的高温抗氧化性能、抗热冲击性能以及抗水蒸气腐蚀性能等综合性能优异。
为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)通过化学气相沉积法在碳化硅纤维预制体的表面依次沉积一层碳化钨界面层和一层碳化硅界面层，制得改性碳化硅纤维预制体；
(2)用碳前驱体溶液浸渍步骤(1)制得的改性碳化硅纤维预制体，然后将浸渍后的所述改性碳化硅纤维预制体依次经过固化和裂解的步骤；
(3)至少重复步骤(2)一次，制得多孔碳化硅纤维预制体；和
(4)将步骤(3)制得的多孔碳化硅纤维预制体进行液硅熔渗反应，制得碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料。
优选地，所述碳化钨界面层的厚度为200～1200nm；和/或所述碳化硅界面层的厚度为3～5μm。
优选地，所述碳化钨界面层的沉积以碳化钨源物质为反应前驱体，所述碳化钨源物质包含碳源物质、钨源物质和氢气，所述碳源物质选自由甲烷、乙烷和丙烷组成的组，和/或所述钨源物质选自由六氟化钨、四氯化钨和含钨的有机金属化合物组成的组；和/或所述碳化硅界面层的沉积以碳化硅源物质为反应前驱体，所述碳化硅源物质选自由氯代甲基硅烷、硅烷、甲基硅烷和氟代甲基硅烷组成的组。
优选地，所述碳化钨界面层的沉积温度为700～1200℃，所述碳化钨界面层的沉积压力为-0.09～-0.02MPa，所述碳化钨界面层的沉积时间为0.5～10h；和/或所述碳化硅界面层的沉积温度为800～1200℃，所述碳化硅界面层的沉积压力为-0.09～-0.01MPa，所述碳化硅界面层的沉积时间为10～100h。
优选地，所述碳化硅纤维预制体的纤维体积分数为25～50％。
优选地，所述碳前驱体溶液包含溶质和溶剂，所述溶质选自由酚醛树脂、糠酮树脂和糠醛树脂组成的组，和/或所述溶剂选自由乙醇、二甲苯和甲苯组成的组。
优选地，所述碳前驱体溶液还包含造孔剂，所述造孔剂选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和聚乙烯醇缩丁醛组成的组。
优选地，在步骤(2)中，所述浸渍的温度为25～80℃，所述浸渍的压力为1～5MPa，所述浸渍的时间为0.5～4h；在步骤(2)中，所述固化的温度为100～350℃，所述固化的压力为3～5MPa，所述固化的时间为1～5h；在步骤(2)中，所述裂解的温度为700～1200℃，所述裂解的压力为-0.09～-0.01MPa，所述裂解的时间为2～4h；和/或步骤(2)重复的次数为1～5次。
优选地，所述液硅熔渗反应的温度为1500～1700℃，所述液硅熔渗反应的压力为-0.09～-0.02MPa，所述液硅熔渗反应的时间为0.1～2h。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)本发明采用碳化钨界面层(WC界面层)作为SiC/SiC复合材料的纤维界面层，相比现有采用PyC界面层或BN界面层的SiC/SiC复合材料，由于碳化钨具有优异的化学稳定性、导热性能和摩擦性能，能有效提高SiC/SiC复合材料在高温条件下的性能，使得本发明制得的碳化钨改性的SiC/SiC复合材料具有优异的高温抗氧化性能、抗热冲击性能以及抗水蒸气腐蚀性能等，综合性能优异。
(2)本发明制得的碳化钨改性的SiC/SiC复合材料中的WC界面层的热导率约为110W/(m·K)，比BN界面层具有更高的热导率，能够及时传递热量，防止纤维和基体接触的地方因热导率差异导致局部过热损害纤维，能更好地发挥纤维增韧作用；本发明所述WC界面层的摩擦系数低于BN界面层，比BN界面层更容易实现裂纹偏转；本发明所述的WC界面层在高温条件下，具有比PyC界面层更优的抗氧化性能，同时晶相稳定性比BN界面层更高，性能更稳定；此外，碳化钨的熔点高于2800℃，具有优异的抗热冲击性能和抗氧化性能，使得本发明制得的碳化钨改性的SiC/SiC复合材料有望服役于未来航空发动机更严酷的热环境。
附图说明
本发明附图仅仅为说明目的提供，图中碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强体的尺寸以及其在碳化硅陶瓷基体中的分布不一定与实际产品一致。
图1是本发明中碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的微观结构示意图。
图中：1：碳化硅陶瓷基体；2：碳化硅纤维预制体；3：碳化钨界面层；4：碳化硅界面层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明在第一方面提供了一种碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)通过化学气相沉积法(CVD法)在碳化硅纤维预制体(SiC纤维预制体)的表面依次沉积一层碳化钨界面层(WC界面层)和一层碳化硅界面层(SiC界面层)，制得改性碳化硅纤维预制体；
(2)用碳前驱体溶液(例如树脂前驱体溶液)浸渍步骤(1)制得的改性碳化硅纤维预制体，然后将浸渍后的所述改性碳化硅纤维预制体依次经过固化和裂解的步骤；
(3)至少重复步骤(2)一次，制得多孔碳化硅纤维预制体；和
(4)将步骤(3)制得的多孔碳化硅纤维预制体进行液硅熔渗反应，制得碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料。
在本发明中，将多孔碳化硅纤维预制体也记作多孔碳/碳化硅纤维预制体，将碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料也记作碳化钨界面层改性的SiC/SiC复合材料或者碳化钨界面层改性的SiC/SiC陶瓷基复合材料或者WC界面层改性的SiC/SiC复合材料。
在本发明中，通过采用碳前驱体溶液依次重复浸渍-固化-裂解的步骤，制得多孔碳/碳化硅纤维预制体，然后采取液硅熔渗法制备生成以碳化钨界面层改性的SiC纤维预制体作为增强体、以SiC基体作为陶瓷基体的SiC/SiC陶瓷基复合材料，本发明通过调整重复浸渍-固化-裂解的步骤的次数，可以有效调整碳前驱体与碳化硅纤维之间的结合强度，使其与碳化硅纤维预制体的浸润性及界面粘接强度发生变化，得到具有不同结合强度以及不同微观结构的多孔碳化硅纤维预制体，而通过对多孔碳化硅纤维预制体的微结构特征的调控可以对碳化钨界面层改性的SiC/SiC复合材料的微观形貌、组织成分和性能进行有效调控。当然，在本发明中，也可以以先驱体为原料，以所述改性碳化硅纤维预制体作为增强体，采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备所述碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料；所述先驱体例如可以选自由固态聚碳硅烷(PCS)、全氢聚碳硅烷(AHPCS)和液态聚碳硅烷(LPCS)组成的组，所述液态聚碳硅烷(LPCS)例如可以为含乙烯基液态聚碳硅烷(LPVCS)。
根据一些优选的实施方式，步骤(2)重复的次数为1～5次(例如1、2、3、4或5次)
众所周知，碳化钨通常用于镀膜技术领域，用于提高基材表面的耐磨性及硬度。本发明针对现有热解碳界面层或氮化硼界面层作为SiC/SiC复合材料的纤维界面层存在的不足，采用碳化钨界面层包覆碳化硅纤维预制体作为SiC/SiC复合材料的纤维增强体，本发明中的碳化钨界面层具有层状结构，层内钨原子与碳原子依靠共价键连接形成蜂窝状的晶格，层与层之间靠范德华作用力相互作用，范德华力强度弱于化学键和氢键，很容易在层间发生相对滑动，实现应力作用下的裂纹偏转和能量释放，保证碳化钨改性的SiC/SiC复合材料的韧性；相比现有采用PyC界面层或BN界面层的SiC/SiC复合材料，由于碳化钨具有优异的化学稳定性、导热性能和摩擦性能，可有效保护碳化硅纤维预制体不被外界环境的氧化性组分所氧化，能有效提高SiC/SiC复合材料在高温氧化条件中的稳定性，提高SiC/SiC复合材料的高温抗氧化性能和高温强度保留率，使得本发明制得的碳化钨改性的SiC/SiC复合材料具有优异的高温抗氧化性能、抗热冲击性能以及抗水蒸气腐蚀性能等，综合性能优异。
在本发明中，在碳化硅纤维预制体的表面依次沉积一层碳化钨界面层和一层碳化硅界面层，即在所述碳化钨界面层的外侧制备一层所述碳化硅界面层，使得所述碳化硅界面层完全包覆碳化钨界面层，例如，如图1所示，能有效防止所述碳化钨界面层从所述碳化硅纤维预制体的表面脱落以及保证所述改性碳化硅纤维预制体的致密性；此外，在本发明中，所述改性碳化硅纤维预制体的最外层为碳化硅界面层，能更有利于提高所述改性碳化硅纤维预制体与碳化硅陶瓷基体之间的化学相容性，有效地起到对碳化硅纤维的保护作用，能改善碳化硅纤维表面活性、弥补其表面缺陷，使碳化硅纤维的物理性能得以提高，从而使得其作为增强体制备的复合材料的物理性能得以提高。
根据一些优选的实施方式，所述碳化钨界面层的厚度为200～1200nm(例如200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000、1050、1100、1150或1200nm)，优选为200～1000nm；和/或所述碳化硅界面层的厚度为3～5μm(例如3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5μm)。在本发明中，优选为由几十纳米(例如10～90nm)的碳化钨微小颗粒组成200～1200nm的碳化钨界面层，能起到很好的裂纹偏转、纤维拔出等释放应力作用，实现应力作用下的裂纹偏转和能量释放，进一步保证了本发明所述的碳化钨界面层改性的SiC/SiC复合材料的韧性；在本发明中，优选为所述碳化钨界面层的厚度为200～1200nm，且所述碳化硅界面层的厚度为3～5μm，本发明人发现，这一厚度的碳化硅界面层能够很好地包覆碳化钨界面层并且可以使得所述改性碳化硅纤维预制体与碳化硅陶瓷基体之间的化学相容性更好，从而使得所述碳化钨界面层改性的SiC/SiC复合材料的热匹配性能最好，综合性能最佳。
根据一些优选的实施方式，所述碳化钨界面层的沉积以碳化钨源物质为反应前驱体，所述碳化钨源物质包含碳源物质、钨源物质和氢气，所述碳源物质选自由甲烷、乙烷和丙烷组成的组，和/或所述钨源物质选自由六氟化钨、四氯化钨和含钨的有机金属化合物(例如钨酸铵、磷钨酸、环烷酸钨)组成的组；和/或所述碳化硅界面层的沉积以碳化硅源物质为反应前驱体，所述碳化硅源物质选自由氯代甲基硅烷(例如三氯甲基硅烷、二氯甲基硅烷)、硅烷(例如甲硅烷、乙硅烷)、甲基硅烷和氟代甲基硅烷(例如二氟二甲基硅烷、三氟甲基三甲基硅烷)组成的组。在本发明中，在通入碳化硅源物质沉积所述碳化硅界面层的过程中，还通入氩气为稀释气体，氢气为载流气体；在本发明中，当所述钨源物质和所述碳化硅源物质呈液态时，例如可以通过负压、加热等促进液体挥发或鼓泡的方式将钨源物质或者碳化硅源物质带入沉积反应室(例如化学气相沉积炉)内。在本发明中，在沉积所述碳化钨界面层的过程中，所述碳源物质的流量例如可以为200～600mL/min，所述氢气的流量例如可以为100～500mL/min，所述氢气与所述钨源物质的摩尔比例如可以为(7～8):1；在沉积所述碳化硅界面层的过程中，所述氩气的流量例如可以为100～600mL/min，所述氢气的流量例如可以为100～500mL/min，所述氢气与所述碳化硅源物质的摩尔比例如可以为(8～10):1。
根据一些优选的实施方式，所述碳化钨界面层的沉积温度为700～1200℃(例如700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃)，所述碳化钨界面层的沉积压力为-0.09～-0.02MPa(例如-0.09、-0.08、-0.07、-0.06、-0.05、-0.04、-0.03或-0.02MPa)，所述碳化钨界面层的沉积时间为0.5～10h(例如0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5或10h)；和/或所述碳化硅界面层的沉积温度为800～1200℃(800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃)，所述碳化硅界面层的沉积压力为-0.09～-0.01MPa(例如-0.09、-0.08、-0.07、-0.06、-0.05、-0.04、-0.03、-0.02或-0.01MPa)，所述碳化硅界面层的沉积时间为10～100h(例如10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100h)，优选为40～80h(例如40、45、50、55、60、65、70、75或80h)。在本发明中，优选为所述碳化钨界面层的沉积温度为700～1200℃且沉积压力为-0.09～-0.02MPa，在这一温度和压力条件下，有利于保证化学气相沉积过程中碳化钨源物质的气流的稳定性以及化学气相沉积过程中沉积速度的稳定性，使得沉积过程以及沉积质量得以有效控制，从而有利于形成厚度均匀的碳化钨界面层。在本发明中，优选为所述碳化硅界面层的沉积温度为800～1200℃且沉积压力为-0.09～-0.01MPa，在这一温度和压力条件下，有利于保证化学气相沉积过程中碳化硅源物质的气流的稳定性以及化学气相沉积过程中沉积速度的稳定性，使得沉积过程以及沉积质量得以有效控制，从而有利于形成厚度均匀的碳化硅界面层。在本发明中，通过对沉积温度、沉积压力以及沉积时间参数的调整与优化，这些因素的共同作用，可以有效调节碳化钨界面层和碳化硅界面层的沉积深度及沉积质量，使得这些参数适合于制备不同厚度的均匀的界面层，从而使最终制得的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的综合性能优异。在本发明中，所述碳化钨界面层和碳化硅界面层的沉积温度、沉积压力可以相同或不相同，当所述碳化钨界面层和碳化硅界面层的沉积温度、沉积压力均相同时，在沉积不同界面层的过程中，可仅通过切换反应前驱体即可沉积不同体系的界面，具有制备过程简单、速度快、制备周期短的特点，能在碳化硅纤维预制体的表面高效制得碳化钨界面层和碳化硅界面层。
特别说明的是，本发明中所述的压力均是以大气压作为基准的相对压力；以所述碳化钨界面层的沉积压力为-0.09～-0.02MPa为例进行说明，沉积压力为-0.09～-0.02MPa即指的是在沉积所述碳化钨界面层的过程中，材料受到的实际压力(绝对压力)低于大气压0.02～0.09MPa；同样地，以所述碳化钨界面层的沉积压力为-0.09～-0.02MPa为例进行说明，在本发明中，所述碳化钨界面层的沉积压力为-0.09～-0.02MPa也可记作所述碳化钨界面层的沉积压力为真空-0.09～-0.02MPa。
根据一些优选的实施方式，所述碳化硅纤维预制体的纤维体积分数为25～50％(例如25％、30％、35％、40％、45％或50％)。在本发明中，所述碳化硅纤维预制体例如可以由一代碳化硅纤维或二代碳化硅纤维制成，通过一定的编织方式，编织成一定形状和体积分数的碳化硅纤维预制体；所述碳化硅纤维预制体的编织方式例如可以采用缝合、2D、2.5D、3D和三维四向编织法等。
根据一些优选的实施方式，所述碳前驱体溶液包含溶质和溶剂，所述溶质选自由酚醛树脂、糠酮树脂和糠醛树脂组成的组，和/或所述溶剂选自由乙醇、二甲苯和甲苯组成的组。在本发明中，所述碳前驱体溶液中包含的溶质与溶剂的质量比例如可以为1：(0.6～0.8)。
根据一些优选的实施方式，所述碳前驱体溶液还包含造孔剂，所述造孔剂选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和聚乙烯醇缩丁醛组成的组。在本发明中，所述造孔剂的用量例如可以为所述碳前驱体溶液用量的5～10％。在本发明中，所述造孔剂有利于快速制备出多孔的碳化硅纤维预制体，有效减少重复浸渍-固化-裂解的次数，而不影响所述多孔碳化硅纤维预制体后续与液态硅进行液硅熔渗反应，有效缩短所述碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备周期。
根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中，所述浸渍的温度为25～80℃(例如25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、70℃、75℃或80℃)，所述浸渍的压力为1～5MPa(例如1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5MPa)，所述浸渍的时间为0.5～4h(例如0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5或4h)；在步骤(2)中，所述固化的温度为100～350℃(例如100℃、120℃、150℃、180℃、200℃、220℃、250℃、280℃、300℃、320℃或350℃)，所述固化的压力为3～5MPa(例如3、3.2、3.5、3.8、4、4.2、4.5、4.8或5MPa)，所述固化的时间为1～5h(例如1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5h)；在步骤(2)中，所述裂解的温度为700～1200℃(例如700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃)，所述裂解的压力为-0.09～-0.01MPa(例如-0.09、-0.08、-0.07、-0.06、-0.05、-0.04、-0.03、-0.02或-0.01MPa)，所述裂解的时间为2～4h(例如2、2.2、2.5、2.8、3、3.2、3.5、3.8或4h)。本发明对多孔碳化硅纤维预制体制备过程中的浸渍参数、固化参数以及裂解参数的优化，可以得到结构合适的多孔碳化硅纤维预制体，便于所述多孔碳化硅纤维预制体后续与液态硅进行液硅熔渗反应，从而保证制备出性能优异的碳化钨界面层改性的SiC/SiC复合材料。
根据一些优选的实施方式，所述液硅熔渗反应的温度为1500～1700℃(例如1500℃、1550℃、1600℃、1650℃或1700℃)，所述液硅熔渗反应的压力为-0.09～-0.02MPa(例如-0.09、-0.08、-0.07、-0.06、-0.05、-0.04、-0.03或-0.02MPa)，所述液硅熔渗反应的时间为0.1～2h(例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2h)。
根据一些具体的实施方式，本发明中的所述碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将碳化硅纤维预制体置于一沉积反应室(例如化学气相沉积炉)内，以碳化钨源物质为反应前驱体，在沉积温度为700～1200℃、沉积压力为-0.09～-0.02MPa的真空条件下，通过化学气相沉积法在碳化硅纤维预制体的表面沉积0.5～10h，得到一层厚度为200～1200nm的碳化钨界面层；然后将沉积有碳化钨界面层的碳化硅纤维预制体移至另一沉积反应室内，以碳化硅源物质为反应前驱体，在沉积温度为800～1200℃、沉积压力为-0.09～-0.01MPa的真空条件下，通过化学气相沉积法在碳化硅纤维预制体的碳化钨界面层的外侧沉积40～80h，得到一层厚度为3～5μm的碳化硅界面层，制得改性碳化硅纤维预制体；
(2)采用碳前驱体溶液在浸渍温度为25～80℃、浸渍压力为1～5MPa的条件下，浸渍所制得的改性碳化硅纤维预制体0.5～4h，然后将浸渍后的所述改性碳化硅纤维预制体置于高压罐内，在固化温度为100～350℃，固化压力为3～5MPa的条件下进行固化1～5h，然后将固化后的所述改性碳化硅纤维预制体置于高温裂解炉内，在裂解温度为700～1200℃，裂解压力为-0.09～-0.01MPa的真空条件下进行裂解2～4h；
(3)重复步骤(2)1～5次，制得所述多孔碳化硅纤维预制体；
(4)将所制得的多孔碳化硅纤维预制体置于高温熔渗炉内，在熔渗温度为1500～1700℃、熔渗压力为-0.09～-0.02MPa的真空条件下与液态硅进行高温液硅熔渗反应0.1～2h，制得所述碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料。
本发明对所述多孔碳化硅纤维预制体与所述液态硅的质量配比没有特别的限制，例如所述碳化硅纤维预制体与所述液态硅的质量比可以为(0.45～0.5):1。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料。本发明中的所述碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料包含碳化硅纤维预制体、碳化钨界面层、碳化硅界面层和碳化硅陶瓷基体。
根据一些优选的实施方式，所述碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的高温强度保留率为87.5％～92.7％，断裂韧性为17.1～19.4MPa·m1/2。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。这些实施例只是就本发明的优选实施方式进行举例说明，本发明的保护范围不应解释为仅限于这些实施例。
实施例1
①将二代SiC纤维编织为2.5D碳化硅纤维预制体，得到纤维体积分数为32％的碳化硅纤维预制体，经密7根/cm，纬密3根/cm；将所述碳化硅纤维预制体置于一化学气相沉积炉中。
②以六氟化钨、甲烷、氢气为沉积所述碳化钨界面层的反应前驱体，在沉积温度为700℃、沉积压力为-0.04MPa的真空条件下，通过化学气相沉积法在碳化硅纤维预制体的纤维表面沉积1h，得到厚度为500nm碳化钨界面层；然后将沉积有碳化钨界面层的碳化硅纤维预制体移至另一化学气相沉积炉中，以三氯甲基硅烷为反应前驱体在沉积温度为1200℃、沉积压力为-0.05MPa的真空条件下，通过化学气相沉积法在碳化硅纤维预制体的碳化钨界面层的外侧沉积45h，得到一层厚度为3.5μm的碳化硅界面层，制得改性碳化硅纤维预制体。
③采用糠酮树脂二甲苯溶液作为碳前驱体溶液，在浸渍温度为70℃、浸渍压力为高压2MPa的条件下，浸渍所制得的改性碳化硅纤维预制体1.5h，然后将浸渍后的所述改性碳化硅纤维预制体置于高压罐内，在固化温度为150℃，固化压力为2.5MPa的条件下进行固化3h，然后将固化后的所述改性碳化硅纤维预制体置于高温裂解炉内，在裂解温度为850℃，裂解压力为-0.03MPa的真空条件下进行裂解3h。
④重复步骤③三次，制得多孔碳化硅纤维预制体。
⑤将所制得的多孔碳化硅纤维预制体置于高温熔渗炉内，在熔渗温度为1520℃、熔渗压力为-0.05MPa的真空条件下与液态硅进行高温液硅熔渗反应0.2h，制得所述碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料。
对本实施例制得的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料进行性能测试：采用阿基米德排水法测得开口气孔率为4.34％；将碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料加工成弯曲测试样条，通过万能材料试验机测得复合材料的室温弯曲强度为362MPa；通过GB/T 14390-93试验方法测得1300℃下的高温弯曲强度为334MPa，拉伸强度为220MPa，高温强度保留率为92.3％，其中，高温强度保留率为高温弯曲强度(1300℃下的弯曲强度)与室温弯曲强度的百分比；通过电子万能拉伸机采用单边切口梁法(SENB法)测得1300℃下的断裂韧性为19.2MPa·m1/2；将本实施例中的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料在1300℃马弗炉恒温氧化24小时，测得失重率为1.16％；将本实施例中的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料置于温度为1300℃、水蒸气流速为0.1m/s的腐蚀设备中进行高温水蒸气腐蚀测试100h，期间每隔20h取出碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料测试其在1300℃下的弯曲强度和拉伸强度，其结果如表2所示。
实施例2
①将二代SiC纤维编织为2.5D碳化硅纤维预制体，得到纤维体积分数为39％的碳化硅纤维预制体，经密8根/cm，纬密3.5根/cm；将所述碳化硅纤维预制体置于一化学气相沉积炉中。
②以四氯化钨、甲烷、氢气为沉积所述碳化钨界面层的反应前驱体，在沉积温度为700℃、沉积压力为-0.04MPa的真空条件下，通过化学气相沉积法在碳化硅纤维预制体的纤维表面沉积1.5h，得到厚度为800nm碳化钨界面层；然后将沉积有碳化钨界面层的碳化硅纤维预制体移至另一化学气相沉积炉中，以三氯甲基硅烷为反应前驱体在沉积温度为1200℃、沉积压力为-0.05MPa的真空条件下，通过化学气相沉积法在碳化硅纤维预制体的碳化钨界面层的外侧沉积80h，得到一层厚度为4μm的碳化硅界面层，制得改性碳化硅纤维预制体。
③采用糠醛树脂二甲苯溶液作为碳前驱体溶液，在浸渍温度为70℃、浸渍压力为高压2MPa的条件下，浸渍所制得的改性碳化硅纤维预制体1.5h，然后将浸渍后的所述改性碳化硅纤维预制体置于高压罐内，在固化温度为150℃，固化压力为3MPa的真空条件下进行固化3h，然后将固化后的所述改性碳化硅纤维预制体置于高温裂解炉内，在裂解温度为850℃，裂解压力为-0.04MPa的条件下进行裂解3h。
④重复步骤③三次，制得多孔碳化硅纤维预制体。
⑤将所制得的多孔碳化硅纤维预制体置于高温熔渗炉内，在熔渗温度为1470℃、熔渗压力为-0.05MPa的真空条件下与液态硅进行高温液硅熔渗反应0.5h，制得所述碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料。
采用与实施例1相同的测试方法对本实施例制得的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料进行性能测试，性能测试结果如表1和表2所示。
实施例3
实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于：
在②中，碳化钨界面层的沉积温度为1000℃、沉积压力为-0.05MPa，沉积时间为1.2h，得到厚度为550nm碳化钨界面层；碳化硅界面层的沉积温度为1000℃、沉积压力为-0.05MPa，沉积时间为40h，得到厚度为3.2μm的碳化硅界面层，制得改性碳化硅纤维预制体。
采用与实施例1相同的测试方法对本实施例制得的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料进行性能测试，性能测试结果如表1和表2所示。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于：
在②中，碳化钨界面层的沉积温度为700℃、沉积压力为-0.04MPa，沉积时间为3h，得到厚度为1200nm碳化钨界面层；碳化硅界面层的沉积温度为1200℃、沉积压力为-0.07MPa，沉积时间为85h，得到厚度为5μm的碳化硅界面层，制得改性碳化硅纤维预制体。
采用与实施例1相同的测试方法对本实施例制得的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料进行性能测试，性能测试结果如表1和表2所示。
实施例5
实施例5与实施例1基本相同，不同之处在于：
在②中，碳化钨界面层的沉积温度为700℃、沉积压力为-0.04MPa，沉积时间为5h，得到厚度为1800nm碳化钨界面层；碳化硅界面层的沉积温度为1200℃、沉积压力为-0.09MPa，沉积时间为100h，得到一层厚度为5.5μm的碳化硅界面层，制得改性碳化硅纤维预制体。
采用与实施例1相同的测试方法对本实施例制得的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料进行性能测试，性能测试结果如表1和表2所示。
实施例6
实施例6与实施例1基本相同，不同之处在于：
在③中，所述碳前驱体溶液中还包含聚乙烯醇造孔剂。
④为重复步骤③两次，制得多孔碳化硅纤维预制体。
采用与实施例1相同的测试方法对本实施例制得的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料进行性能测试，性能测试结果如表1和表2所示。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于：
在②中，以丙烷、氩气为沉积热解碳界面层的反应前驱体，在沉积温度为950℃、沉积压力为-0.09MPa的条件下，通过化学气相沉积法在碳化硅纤维预制体的纤维表面沉积3h，得到厚度为500nm热解碳界面层；然后将沉积有热解碳界面层的碳化硅纤维预制体移至另一化学气相沉积炉中，以三氯甲基硅烷为反应前驱体在沉积温度为1200℃、沉积压力为-0.05MPa的条件下，通过化学气相沉积法在碳化硅纤维预制体的热解碳界面层的外侧沉积45h，得到一层厚度为3.5μm的碳化硅界面层，制得改性碳化硅纤维预制体。
采用与实施例1相同的测试方法对本对比例制得的热解碳界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料进行性能测试，性能测试结果如表1和表2所示。
对比例2
对比例2与实施例1基本相同，不同之处在于：
在②中，以三氯化硼、氨气为沉积氮化硼界面层的反应前驱体，在沉积温度为1000℃、沉积压力为-0.08MPa的条件下，通过化学气相沉积法在碳化硅纤维预制体的纤维表面沉积4.5h，得到厚度为500nm氮化硼界面层；然后将沉积有氮化硼界面层的碳化硅纤维预制体移至另一化学气相沉积炉中，以三氯甲基硅烷为反应前驱体在沉积温度为1200℃、沉积压力为-0.05MPa的条件下，通过化学气相沉积法在碳化硅纤维预制体的氮化硼界面层的外侧沉积45h，得到一层厚度为3.5μm的碳化硅界面层，制得改性碳化硅纤维预制体。
采用与实施例1相同的测试方法对本对比例制得的氮化硼界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料进行性能测试，性能测试结果如表1和表2所示。
表2：实施例1～6以及对比例1～2制得的SiC/SiC复合材料的抗水蒸气腐蚀测试结果。
从表1的结果可知，本发明制得的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的断裂韧性高至17.1～19.4MPa·m1/2，高温强度保留率高至87.5％～92.7％，说明本发明制得的碳化钨界面层起到了很好的增韧效果，明显提高了碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的韧性和高温强度保留率；本发明制得的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料综合性能优异，具有优异的高温抗氧化性能和抗热冲击性能。从表2的结果可知，本发明制得的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料具有优异的抗水蒸气腐蚀性能。
最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)通过化学气相沉积法在碳化硅纤维预制体的表面依次沉积一层碳化钨界面层和一层碳化硅界面层，制得改性碳化硅纤维预制体；
(2)用碳前驱体溶液浸渍步骤(1)制得的改性碳化硅纤维预制体，然后将浸渍后的所述改性碳化硅纤维预制体依次经过固化和裂解的步骤；
(3)至少重复步骤(2)一次，制得多孔碳化硅纤维预制体；和
(4)将步骤(3)制得的多孔碳化硅纤维预制体进行液硅熔渗反应，制得碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述碳化钨界面层的厚度为200～1200nm；和/或
所述碳化硅界面层的厚度为3～5μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述碳化钨界面层的沉积以碳化钨源物质为反应前驱体，所述碳化钨源物质包含碳源物质、钨源物质和氢气，所述碳源物质选自由甲烷、乙烷和丙烷组成的组，和/或所述钨源物质选自由六氟化钨、四氯化钨和含钨的有机金属化合物组成的组；和/或
所述碳化硅界面层的沉积以碳化硅源物质为反应前驱体，所述碳化硅源物质选自由氯代甲基硅烷、硅烷、甲基硅烷和氟代甲基硅烷组成的组。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述碳化钨界面层的沉积温度为700～1200℃，所述碳化钨界面层的沉积压力为-0.09～-0.02MPa，所述碳化钨界面层的沉积时间为0.5～10h；和/或
所述碳化硅界面层的沉积温度为800～1200℃，所述碳化硅界面层的沉积压力为-0.09～-0.01MPa，所述碳化硅界面层的沉积时间为10～100h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述碳化硅纤维预制体的纤维体积分数为25～50％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述碳前驱体溶液包含溶质和溶剂，所述溶质选自由酚醛树脂、糠酮树脂和糠醛树脂组成的组，和/或所述溶剂选自由乙醇、二甲苯和甲苯组成的组。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：
所述碳前驱体溶液还包含造孔剂，所述造孔剂选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和聚乙烯醇缩丁醛组成的组。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
在步骤(2)中，所述浸渍的温度为25～80℃，所述浸渍的压力为1～5MPa，所述浸渍的时间为0.5～4h；
在步骤(2)中，所述固化的温度为100～350℃，所述固化的压力为3～5MPa，所述固化的时间为1～5h；
在步骤(2)中，所述裂解的温度为700～1200℃，所述裂解的压力为-0.09～-0.01MPa，所述裂解的时间为2～4h；和/或
步骤(2)重复的次数为1～5次。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述液硅熔渗反应的温度为1500～1700℃，所述液硅熔渗反应的压力为-0.09～-0.02MPa，所述液硅熔渗反应的时间为0.1～2h。
10.由权利要求1至9任一项所述的制备方法制得的碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811086877.1A CN109095939B (zh) | 2018-09-18 | 2018-09-18 | 一种碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811086877.1A CN109095939B (zh) | 2018-09-18 | 2018-09-18 | 一种碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109095939A true CN109095939A (zh) | 2018-12-28 |
| CN109095939B CN109095939B (zh) | 2021-06-25 |
Family
ID=64866660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811086877.1A Active CN109095939B (zh) | 2018-09-18 | 2018-09-18 | 一种碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109095939B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113929099A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-01-14 | 赣州海盛钨钼集团有限公司 | 一种超细碳化钨粉末的制备方法 |
| CN114799161A (zh) * | 2022-05-09 | 2022-07-29 | 中国科学院过程工程研究所 | 纳米碳化钨颗粒包覆金刚石工具用预合金粉末及制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0597554A (ja) * | 1991-03-06 | 1993-04-20 | Oowada Carbon Kogyo Kk | 炭素繊維無機繊維強化炭素複合材 |
| CN1435503A (zh) * | 2002-01-28 | 2003-08-13 | 西北工业大学 | 一种提高碳/铜界面结合特性的碳化物涂层及其工艺 |
| CN102276279A (zh) * | 2011-06-10 | 2011-12-14 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备方法 |
| CN103910532A (zh) * | 2013-01-05 | 2014-07-09 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 涂层无机纤维增韧max相陶瓷复合材料、其制备方法及用途 |
| CN105481429A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-04-13 | 山东理工大学 | 一种氮化硅-碳化硅-碳纤维摩擦材料的制备方法 |
-
2018
- 2018-09-18 CN CN201811086877.1A patent/CN109095939B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0597554A (ja) * | 1991-03-06 | 1993-04-20 | Oowada Carbon Kogyo Kk | 炭素繊維無機繊維強化炭素複合材 |
| CN1435503A (zh) * | 2002-01-28 | 2003-08-13 | 西北工业大学 | 一种提高碳/铜界面结合特性的碳化物涂层及其工艺 |
| CN102276279A (zh) * | 2011-06-10 | 2011-12-14 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备方法 |
| CN103910532A (zh) * | 2013-01-05 | 2014-07-09 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 涂层无机纤维增韧max相陶瓷复合材料、其制备方法及用途 |
| CN105481429A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-04-13 | 山东理工大学 | 一种氮化硅-碳化硅-碳纤维摩擦材料的制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113929099A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-01-14 | 赣州海盛钨钼集团有限公司 | 一种超细碳化钨粉末的制备方法 |
| CN114799161A (zh) * | 2022-05-09 | 2022-07-29 | 中国科学院过程工程研究所 | 纳米碳化钨颗粒包覆金刚石工具用预合金粉末及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109095939B (zh) | 2021-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| 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 | |
| CN106957180B (zh) | 一种Cf/C-SiC复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN105152671B (zh) | SiCf/SiC复合材料的界面改性方法 | |
| CA2960342C (en) | Ceramic matrix composites having monomodal pore size distribution and low fiber volume fraction | |
| CN112341235B (zh) | 超高温自愈合陶瓷基复合材料的多相耦合快速致密化方法 | |
| 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 | |
| CN104150939B (zh) | 一种电泳沉积CNTs增强陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| CN112552065B (zh) | 一种纤维增强陶瓷基复合材料螺栓及其制备方法 | |
| CN107353025A (zh) | 一种耐1200℃抗氧化的陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| WO2013060175A1 (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 | |
| CN111454073A (zh) | 一种高导热、强结合、耐烧蚀的超高温陶瓷基复合材料及其制备方法 | |
| CN106747477B (zh) | 一种Cf/SiC-ZrC-ZrB2超高温陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| CN109467450B (zh) | 一种含Ti3SiC2界面层的SiCf/SiC复合材料的制备方法 | |
| CN114044679A (zh) | 一种高强韧超高温陶瓷基复合材料及其制备方法 | |
| CN107417291A (zh) | 一种准各向同性SiC短切纤维毡增韧陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| CN108585906A (zh) | 一种Cf/ZrC-SiC超高温陶瓷基复合材料及其制备方法 | |
| CN109608217B (zh) | 一种含MAX相界面层的SiCf/SiC复合材料的制备方法 | |
| CN105367106B (zh) | 碳纤维增强碳化锆复合材料及其制备方法 | |
| CN109293367A (zh) | 一种磷酸铈改性碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法 | |
| CN109721376A (zh) | 一种SiCw定向高强韧化厚壁陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| CN108129156A (zh) | 一种碳陶复合材料及其先驱体浸渍制备方法 | |
| CN109095938A (zh) | 一种碳化二钼界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法 | |
| CN115028456B (zh) | 碳化硅纤维废丝增强碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| CN109095939A (zh) | 一种碳化钨界面层改性的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料及其制备方法 | |
| CN106966745B (zh) | 一种热压法制备热结构复合材料的方法 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |