CN109485424B - 一种耐高温陶瓷基复合材料构件及其连接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐高温陶瓷基复合材料构件及其连接方法。所述方法为：(1)将硅粉、短切碳纤维、有机分散剂和酚醛树脂混合均匀，得到混合浆料；(2)用混合浆料涂布第一待连接预制件和/或第二待连接预制件的连接面，然后将第一待连接预制件和第二待连接预制件的连接面贴合并连接在一起，得到预连接件，第一待连接预制件和/或第二待连接预制件均由纤维预制体制成；(3)用混合浆料至少浸渍预连接件的连接处，然后将浸渍后的预连接件依次进行固化步骤和裂解步骤，得到预连接构件；(4)将预连接构件进行硅锆合金熔渗反应，得到耐高温陶瓷基复合材料构件。本发明方法具有工艺简单、既能明显增强构件连接强度，又能使得整体构件耐高温等优点。

Description

一种耐高温陶瓷基复合材料构件及其连接方法
技术领域
本发明属于陶瓷基复合材料技术领域，尤其涉及一种耐高温陶瓷基复合材料构件及其连接方法。
背景技术
随着航天航空技术的发展以及未来飞行器的发展需求，轻质、高强纤维增强的高温结构复合材料日益成为支撑高超声速飞行器与发动机发展的关键结构材料。例如，连续碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC陶瓷基复合材料)是一种理想的高温结构材料，具有耐高温、低密度、高强度、抗热震等一系列优点，同时也是发展得较早、成本较低、工艺较为成熟的一种热防护材料。纤维增强陶瓷基复合材料在实际应用中，实现大型、精密、复杂构件十分困难，往往需要通过连接技术，将小型构件连接制备为大尺寸的复合材料构件。目前采用的连接方法基本分为三类：粘接、焊接和机械连接；其中，粘接操作简单、可行性强，但连接强度低、高温下易开裂；焊接常用于与金属材料的连接，用于纤维增强陶瓷基复合材料自身之间的连接较少；机械连接一般有铆钉连接、螺钉连接、接头连接等方式，是一种应用较广的陶瓷基复合材料连接方法。
根据国内外工程应用单位的经验，陶瓷基复合材料构件在使用中，主要失效部位均位于连接处，因此，连接部位的耐温性、力学强度都决定了复合材料构件的使用性能和寿命。中国专利申请201611182773.1公开了一种SiC陶瓷基复合材料构件及其制备方法，该制备方法虽然相比传统的C/SiC复合材料构件的制备方法提高了构件的连接处的连接强度，但这一连接方法由于连接强度仍较低也仅适用于碳纤维增强碳陶瓷基复合材料(C/C陶瓷基复合材料)、C/SiC陶瓷基复合材料等的连接。然而，目前航空航天领域对陶瓷基复合材料使用温度的要求日益提高，过渡族金属元素碳化物因为其超高熔点，被认为是提高纤维增强陶瓷基复合材料的有效添加材料，目前碳化锆(ZrC)是使用较广、耐温超高的一种添加材料，常用来改性陶瓷基复合材料制备改性超高温陶瓷基复合材料。现有连接方法适用于C/C以及C/SiC等陶瓷基复合材料，但在超高温使用环境下，现有的连接方法容易造成连接位置的使用失效；而目前改性超高温陶瓷基复合材料的制备方法中均没有考虑到连接处的特殊情况，将连接处与整体构件用以同样的连接方法进行连接、而不进行连接处的增强处理，这就容易造成连接位置在超高温使用环境下使用失效。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种耐高温陶瓷基复合材料构件及其连接方法。本发明方法具有工艺简单、既能明显增强耐高温陶瓷基复合材料构件连接强度，又能使得整体耐高温陶瓷基复合材料构件耐高温等优点。
为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种耐高温陶瓷基复合材料构件的连接方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将硅粉、短切碳纤维、有机分散剂和酚醛树脂混合均匀，得到混合浆料；
(2)用所述混合浆料涂布第一待连接预制件和/或第二待连接预制件的连接面，然后将所述第一待连接预制件和所述第二待连接预制件的连接面贴合并连接在一起，得到预连接件，所述第一待连接预制件和/或所述第二待连接预制件均由纤维预制体制成；
(3)用所述混合浆料至少浸渍所述预连接件的连接处，然后将浸渍后的所述预连接件依次进行固化步骤和裂解步骤，得到预连接构件；
(4)将所述预连接构件进行硅锆合金熔渗反应，得到耐高温陶瓷基复合材料构件。
优选地，所述酚醛树脂、所述短切碳纤维和所述硅粉的质量比为(6～10)：(1～3):1；和/或所述有机分散剂的用量为所述酚醛树脂的用量的8～15wt％。
优选地，所述有机分散剂选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和聚丙烯酸钠盐组成的组。
优选地，所述硅粉的粒径为50～500nm；所述短切碳纤维的长度为1～3mm；和/或所述混合浆料的颗粒度为0.25～0.5μm。
优选地，所述方法还包括在步骤(2)之前进行所述第一待连接预制件和/或所述第二待连接预制件的制备步骤，该制备步骤为：将纤维预制体通过化学气相沉积法在所述纤维预制体上沉积碳，得到密度为0.85～0.95g/cm3的第一待连接预制件和/或第二待连接预制件。
优选地，所述浸渍包括第一阶段真空浸渍和第二阶段压力浸渍；所述第一阶段真空浸渍的压力为-0.096～-0.09MPa，所述第一阶段真空浸渍的时间为0.5～1h；所述第二阶段压力浸渍的压力为2.0～2.5MPa，所述第二阶段压力浸渍的时间为0.5～3h。
优选地，所述固化包括第一温度阶段固化、第二温度阶段固化和第三温度阶段固化；所述第一温度阶段固化的温度为100～140℃，所述第一温度阶段固化的时间为1～1.5h；所述第二温度阶段固化的温度为160～200℃，所述第二温度阶段固化的时间为1～1.5h；所述第三温度阶段固化的温度为250～300℃，所述第三温度阶段固化的时间为1～3h。
优选地，所述裂解是在惰性气氛中进行的；和/或所述裂解的温度为1100～1450℃，所述裂解的时间为2～5h。
优选地，所述硅锆合金熔渗反应在真空条件下进行；和/或所述硅锆合金熔渗反应的温度高于所述硅锆合金的熔点100～250℃，所述硅锆合金熔渗反应的时间为0.1～3h。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的连接方法得到的耐高温陶瓷基复合材料构件。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)本发明方法中加入的短切碳纤维能够对由所述混合浆料在连接处(连接位置)形成的连接层产生增韧效果，能够有效减少构件的脆性断裂、提高连接位置的力学强度；同时，在本发明中，所述短切碳纤维与需要连接的陶瓷基复合材料基体相同，这样能有效提高连接层和被连接件之间的热匹配程度高，从而进一步提高耐高温陶瓷基复合材料构件的连接位置的力学强度。
(2)本发明方法中混合浆料中的酚醛树脂作为碳源(C源)，能与硅粉(Si粉)进行反应生产碳化硅(SiC)，混合浆料中的纳米级别Si粉在浸渍过程中，能够深入纤维增强陶瓷基复合材料毛坯(待连接预制件)内部，并能填补待连接预制件与短切碳纤维的空隙，因此，在后续裂解中，反应产生的SiC能够完整包裹短切碳纤维，在后续高温熔融渗硅锆合金的工艺中，能有效保护短切碳纤维。
(3)本发明方法中，在有效保护短切碳纤维的同时，采用所述硅锆合金进行熔渗反应，从而在整个所述预连接构件中同时引入了硅和锆，使得最终得到耐高温陶瓷基复合材料构件中含有SiC和碳化锆(ZrC)，使制得的所述构件的耐温性能大大提高，满足超高温的使用要求；此外，高温熔融渗硅锆合金的工艺同时能使得所述构件的连接处形成的连接层中也含有碳化硅和碳化锆，从而能同时进一步有效地增强所述构件的连接处的连接强度。
(4)本发明方法具有工艺简单、不需要任何添加剂、制备周期短、易于工业化实施、连接界面孔隙率低、既能明显增强构件连接强度，又能使得整体构件耐高温等优点。
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耐高温陶瓷基复合材料构件的连接方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将硅粉、短切碳纤维、有机分散剂和酚醛树脂(例如硼酚醛树脂、钡酚醛树脂或氨酚醛树脂)混合均匀，得到混合浆料；在本发明中，例如可以通过球磨的方式使得所述硅粉、短切碳纤维、有机分散剂和酚醛树脂混合均匀，例如进行球磨18小时以上(例如18～36h)配置成混合浆料。
(2)用所述混合浆料涂布第一待连接预制件和/或第二待连接预制件的连接面(连接区域)，然后将所述第一待连接预制件和所述第二待连接预制件的连接面贴合并连接在一起，得到预连接件，所述第一待连接预制件和/或所述第二待连接预制件均由纤维预制体制成；在本发明中，例如可以通过铆钉连接、螺钉连接、接头连接等方式将连接面涂布有所述混合浆料的第一待连接预制件和第二待连接预制件连接在一起，所述涂布例如可以以涂抹、刷涂或喷涂等方式进行；在本发明中，所述待连接预制件的连接面指的是所述待连接预制件需要贴合连接的表面，在本发明中，当通过铆钉连接、螺钉连接、接头连接等方式将连接面涂布有所述混合浆料的第一待连接预制件和第二待连接预制件进行连接时，所述连接面也包括所述待连接预制件用于铆钉连接、螺钉连接或接头连接的接口处以及用于连接的铆钉、螺钉或接头需要贴合的表面。
(3)用所述混合浆料至少浸渍所述预连接件的连接处(连接位置)，然后将浸渍后的所述预连接件依次进行固化步骤和裂解步骤，得到预连接构件；在本发明中，例如可以将整个所述预连接件或仅将所述预连接件的连接处浸没在所述混合浆料中进行所述浸渍，从而使得所述混合浆料能够至少浸渍所述预连接件的连接处；特别地，所述混合浆料例如可以为涂布完连接面后剩余的所述混合浆料；在本发明中，例如当所述混合浆料的量不足时，可只将连接位置完全浸渍在所述混合浆料中即可，其余非连接处可不完全浸没；例如，对将连接面涂布有所述混合浆料的第一待连接预制件和第二待连接预制件之间通过螺钉连接来说，此处的连接处包括螺钉孔、螺钉和螺钉孔附近的部分构件表面，目视可见，所述混合浆料要完全覆盖构件的螺钉孔表面；例如，当所述混合浆料的量比较多时，可以将所述混合浆料放在大小合适的石墨坩埚中，再将所述预连接件放入所述混合浆料中，使混合浆料完全浸没所述预连接件。
(4)将所述预连接构件进行硅锆合金熔渗反应，得到耐高温陶瓷基复合材料构件；具体地，在本发明中，所述硅锆合金熔渗反应为：在高于硅锆合金的熔点100～250℃(例如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃)的真空条件下，将所述硅锆合金渗入所述预连接构件中进行熔渗反应，其中硅锆合金与碳反应原位生成碳化硅和碳化锆，最终制得耐高温陶瓷基复合材料构件。在本发明中，所述硅锆合金熔渗反应为本领域公知技术，根据使用的硅锆合金确定熔渗温度和工艺，最终制得纤维增强碳化硅-碳化锆陶瓷基复合材料构件(耐高温陶瓷基复合材料构件)。
特别说明的是，第一待连接预制件中的术语“第一”、第二待连接预制件中的术语“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，所述连接方法适合于多个(两个及两个以上)待连接预制件之间的连接，在本发明中，例如可以通过铆钉连接、螺钉连接、接头连接等方式将连接面涂布有所述混合浆料的多个所述待连接预制件两两对接依次连接成一体。
本发明方法采用包含硅粉、短切碳纤维、有机分散剂和酚醛树脂的混合浆料来作为粘接剂涂布多个所述第一待连接预制件和/或第二待连接预制件的连接面，其中加入的短切碳纤维能够对由所述混合浆料在连接处(连接位置)形成的连接层产生增韧效果，能够有效减少构件的脆性断裂、提高连接位置的力学强度，而所述混合浆料中包含的酚醛树脂作为碳源，能与Si粉进行反应生产SiC，混合浆料中的纳米级别Si粉在浸渍过程中，能够深入纤维增强陶瓷基复合材料毛坯(待连接预制件)内部，并能填补待连接预制件与短切碳纤维的空隙，因此，在后续裂解中，反应产生的SiC能够完整包裹短切碳纤维，在后续高温熔融渗硅锆合金的工艺中，能有效保护短切碳纤维；此外，本发明方法在保护短切碳纤维的同时，通过高温熔融渗硅锆合金的工艺引入硅(Si)和锆(Zr)，使得到的整个构件(包括连接位置)含有SiC和ZrC，耐温性能大大提高，并同时进一步有效地增强所述构件的连接处的连接强度；本发明方法相比现有技术中用于陶瓷基复合材料构件的连接面连接的方法，既能明显增强构件连接强度，又能使得整体构件耐高温等优点；本发明方法适用于C/C陶瓷基复合材料、C/SiC陶瓷基复合材料和C/SiC-ZrC陶瓷基复合材料等材料的连接。
本发明方法制得的所述耐高温陶瓷基复合材料构件包括的被连接件两两之间通过位于连接处的连接层连接成一体，每个所述被连接件的材料为耐高温陶瓷基复合材料(C/SiC-ZrC陶瓷基复合材料)，其中，所述被连接件中的碳化硅(SiC)和碳化锆(ZrC)是通过硅锆合金熔渗反应过程引入的，每个所述被连接件包含待连接预制件和复合在所述待连接预制件中的碳化硅和碳化锆。在本发明中，所述待连接预制件的材料例如可以为由纤维预制体经致密化制成的复合材料，所述复合材料例如可以为碳纤维增强碳陶瓷基复合材料(C/C陶瓷基复合材料)、碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC陶瓷基复合材料)、碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(例如SiC/SiC陶瓷基复合材料)或碳纤维增强碳化硅-碳化锆陶瓷基复合材料(C/SiC-ZrC陶瓷基复合材料)。在本发明中，每个所述待连接预制件的材料可以相同或不相同。
根据一些优选的实施方式，所述酚醛树脂、所述短切碳纤维和所述硅粉的质量比为(6～10)：(1～3):1(例如6:1:1、6:1.5:1、6:2:1、6:2.5:1、6:3:1、7:1:1、7:1.5:1、7:2:1、7:2.5:1、7:3:1、8:1:1、8:1.5:1、8:2:1、8:2.5:1、8:3:1、9:1:1、9:1.5:1、9:2:1、9:2.5:1、9:3:1、10:1:1、10:1.5:1、10:2:1、10:2.5:1或10:3:1)；和/或所述有机分散剂的用量为所述酚醛树脂的用量的8～15wt％(例如8wt％、8.5wt％、9wt％、9.5wt％、10wt％、10.5wt％、11wt％、11.5wt％、12wt％、12.5wt％、13wt％、13.5wt％、14wt％、14.5wt％或15wt％)。在本发明中，优选为所述酚醛树脂、所述短切碳纤维和所述硅粉的质量比为(6～10)：(1～3):1并且优选为所述有机分散剂的用量为所述酚醛树脂的用量的8～15wt％，在这一配比下的所述混合浆料能在保证所述混合浆料具有优异的粘接性的同时，使得所述短切碳纤维对连接层的增韧效果最好，并且有利于保证在裂解过程中能够生成足够的量的碳化硅填补所述待连接预制件与短切碳纤维的空隙以及使得生成的所述碳化硅能够更好地包裹所述短切碳纤维，对所述短切碳纤维进行更有效的保护；此外，酚醛树脂的过量有利于在后续高温熔融渗硅合金工艺中为硅和锆提供足够的碳源，生成足够多的碳化硅和碳化锆，明显减少单质硅和单质锆的残余，从而能够进一步提高所述耐高温陶瓷基隔热材料构件的耐温性能和所述构件的连接处的连接强度。
根据一些优选的实施方式，所述有机分散剂选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和聚丙烯酸钠盐组成的组。更优选地，所述有机分散剂由聚乙烯醇和聚乙二醇组成，其中，聚乙烯醇更有助于分散短切碳纤维，聚乙二醇更有助于分散硅粉，采用由聚乙烯醇和聚乙二醇组成的有机分散剂能够使得硅粉、短切碳纤维以及酚醛树脂混合得更加均匀；在本发明中，在所述有机分散剂中，聚乙烯醇与聚乙二醇的质量比例如可以为(3～9)：(5～15)。
根据一些优选的实施方式，所述硅粉的粒径为50～500nm(例如50、80、100、150、200、250、300、350、400、450或500nm)；在本发明中，所述硅粉的粒径指的是所述硅粉的平均粒径。在本发明中，优选为所述硅粉的粒径为50～500nm，若硅粉的粒径过大，则会在浸渍过程中不利于硅粉深入纤维增强陶瓷基复合材料毛坯(待连接预制件)内部，从而最终影响填补待连接预制件与短切碳纤维的空隙的效果。
根据一些优选的实施方式，所述混合浆料的颗粒度为0.25～0.5μm(例如0.25、0.3、0.35、0.4、0.45或0.5μm)；在本发明中，所述混合浆料呈粘稠态；所述混合浆料的颗粒度指的是所述混合浆料中团聚体的平均粒径；在本发明中，优选为将硅粉、短切碳纤维、有机分散剂和酚醛树脂混合均匀后，使得所述混合浆料的颗粒度为0.25～0.5μm，颗粒度在这一范围内的所述混合浆料混合分散效果最好，有利于各组分充分发挥各自的作用。
根据一些优选的实施方式，所述短切碳纤维的长度为1～3mm。在本发明中，长度为1～3mm的短切碳纤维的增韧效果更好，能够明显提高构件连接位置的连接强度。
根据一些优选的实施方式，所述方法还包括在步骤(2)之前进行所述第一待连接预制件和/或所述第二待连接预制件的制备步骤，该制备步骤为：将纤维预制体通过化学气相沉积法在所述纤维预制体上沉积碳，得到密度为0.85～0.95g/cm3的第一待连接预制件和/或第二待连接预制件。
根据一些具体的实施方式，所述待连接预制件的制备过程包括：
(a)选用纤维预制体：所述纤维预制体可以为碳纤维预制体或碳化硅纤维预制体，编织方式例如可以为2D结构、2.5D或三维结构，体积密度例如可以在0.4～0.8g/cm3之间，所述纤维预制体的尺寸和结构根据不同构件所需的尺寸和要求设定。
(b)对纤维预制体进行预处理：将纤维预制体放置于高温炉中，在氩气或氮气保护下，进行1600℃～1800℃(例如1600℃、1650℃、1700℃、1750℃或1850℃)高温处理0.5～3h(例如0.5、1、1.5、2、2.5或3h)。
(c)在纤维预制体上进行气相沉积碳：将高温处理后的纤维预制体放置于化学气相沉积炉内，沉积至密度在0.85～0.95g/cm3之间，得到毛坯材料。
(d)对毛坯材料进行机械加工：将步骤(c)得到的沉积碳后的毛坯材料按照不同构件的尺寸和要求进行机械加工，加工完成后进行清理，由此制得所述待连接预制件。
根据一些优选的实施方式，所述浸渍包括第一阶段真空浸渍和第二阶段压力浸渍；所述第一阶段真空浸渍的压力为-0.096～-0.09MPa(例如-0.096、-0.095、-0.094、-0.093、-0.092、-0.091或-0.09MPa)，所述第一阶段真空浸渍的时间为0.5～1h(例如0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1h)；所述第二阶段压力浸渍的压力为2.0～2.5MPa(例如2.0、2.1、2.2、2.3、2.4或2.5MPa)，所述第二阶段压力浸渍的时间为0.5～3h(例如0.5、1、1.5、1.8、2、2.2、2.5、2.8或3h)。在本发明中，所述浸渍优选为采用真空压力浸渍工艺进行，所述第一阶段真空浸渍为真空条件下的浸渍、所述第二阶段压力浸渍为加压条件下的浸渍；在本发明中，所述第一阶段真空浸渍与所述第二阶段压力浸渍一起构成了所述真空压力浸渍。在本发明中，优选为采用真空压力浸渍这种工艺条件进行所述浸渍，即可以首先通过抽真空的方式，将所述待连接预制件与短切碳纤维的空隙中的空气抽出，利用所述混合浆料在真空下的自然压力，将所述混合浆料压入到所述待连接预制件与短切碳纤维的空隙中，然后加压浸渍，进一步将所述混合浆料压入到所述空隙中，使其填满混合浆料，从而能够保证所述预连接件的连接处内外均匀浸渍。
特别说明的是，本发明所述的第一阶段真空浸渍中的术语“第一”和所述的第二阶段压力浸渍中的术语“第二”，表示的是进行浸渍步骤时的先后顺序。
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，例如以第一阶段真空浸渍的压力为-0.096～-0.09MPa为例，即指的是第一阶段真空浸渍时材料受到的实际压力(绝对压力)低于大气压0.09～0.096MPa，也即第一阶段真空浸渍时的真空度为0.09～0.096MPa；例如以第二阶段压力浸渍的压力为2.0～2.5MPa为例，即指的是第二阶段压力浸渍时材料受到的实际压力(绝对压力)高于大气压2.0～2.5MPa。
根据一些优选的实施方式，所述固化包括第一温度阶段固化、第二温度阶段固化和第三温度阶段固化；所述第一温度阶段固化的温度为100～140℃(例如100℃、110℃、120℃、130℃或140℃)，所述第一温度阶段固化的时间为1～1.5h(例如1、1.1、1.2、1.3、1.4或1.5h)；所述第二温度阶段固化的温度为160～200℃(例如160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃或200℃)，所述第二温度阶段固化的时间为1～1.5h(例如1、1.1、1.2、1.3、1.4或1.5h)；所述第三温度阶段固化的温度为250～300℃(例如250℃、260℃、270℃、280℃、290℃或300℃)，所述第三温度阶段固化的时间为1～3h(例如1、1.5、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8或3h)，优选为1.5～2h。本发明优选为采用不同温度阶段进行分段固化使得所述混合浆料能够充分固化、固化效果更好，并且可以有效避免初始固化温度过高而使得固化过程中产生气泡从而导致最终制得的所述构件的连接处的连接强度降低。
特别说明的是，本发明所述的第一温度阶段固化中的术语“第一”、所述的第二温度阶段固化中的术语“第二”和所述的第三温度阶段固化中的术语“第三”，表示的是进行固化步骤时的先后顺序。
根据一些优选的实施方式，所述裂解是在惰性气氛(例如氮气或氩气等惰性气氛)中进行的；和/或所述裂解的温度为1100～1450℃(例如1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1300℃、1350℃、1400℃或1450℃)，所述裂解的时间为2～5h(例如2、2.5、3、3.5、4、4.5或5h)。在本发明中，例如可以在常压下进行所述裂解。本发明对预连接构件制备过程中的浸渍工艺及浸渍参数、固化工艺及固化参数以及裂解参数的优化，可以进一步提高最终制得的所述构件的连接位置的力学强度。
根据一些优选的实施方式，所述硅锆合金熔渗反应在真空条件下进行；和/或所述硅锆合金熔渗反应的温度高于所述硅锆合金的熔点100～250℃(例如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃)，所述硅锆合金熔渗反应的时间为0.1～3h。在本发明中，例如可以根据构件结构和复杂度，硅锆合金与预连接构件的质量比大于2：1，例如对于平板状的预连接构件，所述硅高合金与预连接构件的质量比例如可以为2:1，而对于圆筒状或其它稍微复杂并具有一定高度的预连接构件，则需要更多的硅锆合金进行所述硅锆合金熔渗反应。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的连接方法得到的耐高温陶瓷基复合材料构件。在本发明中，所述构件例如可以包括多个(两个及两个以上)被连接件，通过多个被连接件两两之间的连接处形成的连接层进行连接，所述连接层由涂布在所述连接处的混合浆料形成，具体地，所述连接层使用包含短切碳纤维的混合浆料进行预处理(浸渍-固化-裂解工艺)，然后通过反应熔体渗透法利用硅锆合金与预连接构件中的碳反应原位生成SiC和ZrC，使得所述构件的连接处形成的连接层中也含有碳化硅和碳化锆，从而进一步起到增强所述耐高温陶瓷基复合材料构件的连接处的连接强度的作用。在本发明中，所述预连接构件的连接层中包含短切碳纤维、碳和碳化硅。
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选密度为0.48g/cm3的针刺结构碳纤维预制体，然后将所述针刺结构碳纤维预制体放置于高温炉中，在氩气保护下，温度为1800℃，进行高温处理1h。
②在碳纤维预制体上进行气相沉积碳：将高温处理后的碳纤维预制体放置于化学气相沉积炉内，沉积气体为丙烷，沉积温度为920℃，碳纤维预制体沉积至密度为0.86g/cm3，得到待连接预制件。
③机械加工：将②中的待连接预制件进行机械加工成两个平板状的待连接预制件(第一待连接预制件和第二待连接预制件)，并在两个所述待连接预制件上均相对应地均匀间隔开设有多个用于铆钉连接的铆钉孔，加工完成后进行清理。
④将粒径为50nm的Si粉、长度为1mm的短切碳纤维、聚乙烯醇、聚乙二醇和酚醛树脂进行混合，进行球磨18小时，配置成混合浆料；其中，Si粉55g，短切碳纤维65g，酚醛树脂350g，聚乙烯醇10g，聚乙二醇18g，混合浆料的颗粒度为0.46μm。
⑤将上述混合浆料涂抹于所述第一待连接预制件和第二待连接预制件的贴合连接表面以及铆钉和铆钉孔处，并将所述第一待连接预制件和第二待连接预制件之间通过铆钉进行连接，得到预连接件；连接完成后的所述预连接件浸没在剩余的混合浆料中，进行真空压力浸渍，先在真空度为0.092MPa的条件下进行真空浸渍0.5h，然后在压力为2.0MPa的条件下进行加压浸渍1h。
⑥将进行浸渍后的预连接件进行固化，其中，固化程序为：温度升至120℃，保温1小时，升至180℃，保温1小时，升至280℃，保温2小时。
⑦在氮气保护下，将固化后的预连接件放入高温裂解炉中进行裂解，裂解温度为1100℃，裂解的时间为3.5h，得到预连接构件。
⑧将预连接构件放入高温炉中，在真空条件下，温度高于硅锆合金的熔点150℃的条件下，将硅锆合金渗入到预连接构件中进行熔渗反应0.5h，硅锆合金与C反应原位生成SiC和ZrC，最终得到耐高温的C/SiC-ZrC陶瓷基复合材料构件。
将本实施例得到的耐高温C/SiC-ZrC陶瓷基复合材料构件制成拉剪试样和拉脱试样分别进行拉剪测试和拉脱测试，测得拉剪断裂强力为8763N，拉脱强度为32.6MPa。在本发明中，所述拉剪的断裂强力按照GJB 6475-2008《连续纤维增强陶瓷基复合材料常温拉伸性能试验方法》进行，直接取测出的载荷(N)即为拉剪的断裂强力；在本发明中，拉脱试样是将平板状的耐高温陶瓷基复合材料构件制成2个U形构件，通过1根铆钉连接成H形，铆钉连在H中间的那条横杠上，铆钉直径4mm，长度7mm，因此拉脱强度＝测出的载荷/(π×铆钉直径×铆钉长度)，本实施例得到的耐高温陶瓷基复合材料构件的拉脱载荷为2866N；在本发明中，所述拉脱强度越大，表明所述耐高温陶瓷基复合材料构件的连接处的连接强度更大。
实施例2
①选密度为0.75g/cm3的穿刺结构碳纤维预制体，然后将所述穿刺结构预制体放置于高温炉中，在氩气保护下，温度为1700℃，进行高温处理1h。
②在碳纤维预制体上进行气相沉积碳：将高温处理后的碳纤维预制体放置于化学气相沉积炉内，沉积气体为丙烷，沉积温度为1050℃，预制体沉积至密度为0.95g/cm3，得到待连接预制件。
③机械加工：将②中的待连接预制件进行机械加工成两个平板状的待连接预制件(第一待连接预制件和第二待连接预制件)，并在两个所述待连接预制件上均相对应地均匀间隔开设有多个用于铆钉连接的铆钉孔，加工完成后进行清理。
④将粒径为150nm的Si粉、长度为1.5mm的短切碳纤维、聚乙烯醇、聚乙二醇和酚醛树脂进行混合，进行球磨24小时，配置成混合浆料；其中，Si粉80g，短切碳纤维220g，酚醛树脂800g，聚乙烯醇40g，聚乙二醇75g，混合浆料的颗粒度为0.32μm。
⑤将上述混合浆料涂抹于所述第一待连接预制件和第二待连接预制件的贴合连接表面以及铆钉与铆钉孔处，并将所述第一待连接预制件和第二待连接预制件之间通过铆钉进行连接，得到预连接件；连接完成后的所述预连接件浸没在剩余的混合浆料中，进行真空压力浸渍，先在真空度为0.096MPa的条件下进行真空浸渍0.5h，然后在压力为2.5MPa的条件下进行加压浸渍1h。
⑥将进行浸渍后的预连接件进行固化，其中，固化程序为：温度升至120℃，保温1小时，升至180℃，保温1小时，升至280℃，保温2小时。
⑦在氮气保护下，将固化后的预连接件放入高温裂解炉中进行裂解，裂解温度为1400℃，裂解的时间为2.5h，得到预连接构件。
⑧将预连接构件放入高温炉中，在真空条件下，温度高于硅锆合金的熔点150℃的条件下，将硅锆合金渗入到C/SiC复合材料中进行熔渗反应0.5h，硅锆合金与C反应原位生成SiC和ZrC，最终得到耐高温的C/SiC-ZrC陶瓷基复合材料构件。
对本实施例得到的耐高温C/SiC-ZrC陶瓷基复合材料构件进行拉剪测试和拉脱测试，测得拉剪断裂强力8898N，拉脱强度为35.0MPa。
实施例3
①选密度为0.42g/cm3的缝合结构碳纤维预制体和密度为0.49g/cm3的针刺结构碳纤维预制体，然后对每个碳纤维预制体进行高温处理：将预制体放置于高温炉中，在氩气保护下，温度为1800℃，进行高温处理1h。
②在每个碳纤维预制体上进行气相沉积碳：将高温处理后的碳纤维预制体放置于化学气相沉积炉内，沉积气体为丙烷，沉积温度为920℃，缝合结构预制体沉积至密度为0.92g/cm3，针刺结构预制体至密度为0.91g/cm3，分别得到两个待连接预制件。
③机械加工：将②中缝合结构待连接预制件(第一待连接预制件)进行机械加工成平板状，将②中针刺结构待连接预制件(第二待连接预制件)进行机械加工成铆钉，加工完成后进行清理。
④将粒径为450nm的Si粉、长度为3mm的短切碳纤维、聚乙烯醇、聚乙二醇和酚醛树脂进行混合，进行球磨24小时，配置成混合浆料；其中，Si粉100g，短切碳纤维200g，酚醛树脂900g，聚乙烯醇40g，聚乙二醇50g，混合浆料的颗粒度为0.38μm。
⑤将上述混合浆料涂抹于所述第一待连接预制件和第二待连接预制件的贴合连接表面以及铆钉与铆钉孔处，并将所述第一待连接预制件和第二待连接预制件之间通过铆钉进行连接，得到预连接件；将连接完成后的所述预连接件浸没在剩余的混合浆料中，进行真空压力浸渍，先在真空度为0.095MPa的条件下进行真空浸渍0.5h，然后在压力为2.5MPa的条件下进行加压浸渍1h。
⑥将进行浸渍后的预连接件进行固化，其中，固化程序为：温度升至120℃，保温1小时，升至180℃，保温1小时，升至280℃，保温2小时。
⑦在氮气保护下，将固化后的预连接件放入高温裂解炉中进行裂解，裂解温度为1300℃，裂解的时间为3h，得到预连接构件。
⑧将预连接构件放入高温炉中，在真空条件下，温度高于硅锆合金的熔点150℃的条件下，将硅锆合金渗入到C/SiC复合材料中进行熔渗反应0.5h，硅锆合金与C反应原位生成SiC和ZrC，最终得到耐高温的C/SiC-ZrC陶瓷基复合材料构件。
对本实施例得到的耐高温C/SiC-ZrC陶瓷基复合材料构件进行拉剪测试和拉脱测试，测得拉剪断裂强力8521N，拉脱强度为31.1MPa。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于：
在④中，将粒径为50nm的Si粉、长度为1mm的短切碳纤维、聚乙烯醇、聚乙二醇和酚醛树脂进行混合，进行球磨24小时，配置成混合浆料；其中，Si粉55g，短切碳纤维55g，酚醛树脂275g，聚乙烯醇8g，聚乙二醇11g，混合浆料的颗粒度为0.57μm。
对本实施例得到的耐高温C/SiC-ZrC陶瓷基复合材料构件进行拉剪测试和拉脱测试，测得拉剪断裂强力和拉脱强度如表1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④中，将粒径为50nm的Si粉、长度为1mm的短切碳纤维、聚乙烯醇、聚乙二醇和酚醛树脂进行混合，进行球磨24小时，配置成混合浆料；其中，Si粉55g，短切碳纤维220g，酚醛树脂550g，聚乙烯醇40g，聚乙二醇48g，混合浆料的颗粒度为0.63μm。
对本实施例得到的耐高温C/SiC-ZrC陶瓷基复合材料构件进行拉剪测试和拉脱测试，测得拉剪断裂强力和拉脱强度如表1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④中，将粒径为50nm的Si粉、长度为1mm的短切碳纤维、聚乙烯醇和酚醛树脂进行混合，进行球磨18小时，配置成混合浆料；其中，Si粉55g，短切碳纤维65g，酚醛树脂350g，聚乙烯醇28g。
对本实施例得到的耐高温C/SiC-ZrC陶瓷基复合材料构件进行拉剪测试和拉脱测试，测得拉剪断裂强力和拉脱强度如表1所示。
实施例7
实施例7与实施例1基本相同，不同之处在于：
在④中，将粒径为50nm的Si粉、长度为1mm的短切碳纤维、聚乙烯醇和酚醛树脂进行混合，进行球磨18小时，配置成混合浆料；其中，Si粉55g，短切碳纤维65g，酚醛树脂350g，聚乙二醇28g。
对本实施例得到的耐高温C/SiC-ZrC陶瓷基复合材料构件进行拉剪测试和拉脱测试，测得拉剪断裂强力和拉脱强度如表1所示。
对比例1
①混合浆料的配制：将混合固相和去离子水混合，球磨6小时，得到固含量为75wt.％的混合浆料。其中，混合固相由炭黑、α-SiC陶瓷粉、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和四甲基氢氧化铵(TMAH)组成，炭黑占混合固相的质量百分含量为13wt.％，PVP的质量为炭黑的6％，TMAH的质量为SiC陶瓷粉的0.8％。
②预连接：将步骤①所得的混合浆料进行真空除气，时间为10分钟，然后均匀涂覆在两个Cf/SiC复合材料待连接预制件的连接面上，再将两个Cf/SiC复合材料待连接预制件对接，得到预连接构件；其中，Cf/SiC复合材料中的SiC陶瓷是通过气相渗硅烧结工艺引入的；本对比例中的所述待连接预制件与实施例1中的相同。
③气相渗硅烧结：将步骤②所得的预连接构件进行气相渗硅烧结，烧结温度为1700℃，时间为2h，得到Cf/SiC陶瓷基复合材料构件。
对本对比例得到的Cf/SiC陶瓷基复合材料构件进行拉剪测试和拉脱测试，测得拉剪断裂强力和拉脱强度如表1所示。
对比例2
对比例2与对比例1基本相同，不同之处在于：
在③中，将步骤②所得的预连接构件放入高温炉中，在真空条件下，温度高于硅锆合金的熔点150℃的条件下，将硅锆合金渗入到预连接构件中进行熔渗反应0.5h，得到Cf/SiC-ZrC陶瓷基复合材料构件。
对本对比例得到的Cf/SiC-ZrC陶瓷基复合材料构件进行拉剪测试和拉脱测试，测得拉剪断裂强力和拉脱强度如表1所示。
表1：实施例1～7以及对比例1～2制得的构件的性能指标。
实施例 拉剪断裂强力(N) 拉脱强度(MPa)
实施例1 8763 32.6
实施例2 8898 35.0
实施例3 8521 31.1
实施例4 8267 29.8
实施例5 8093 28.6
实施例6 8485 30.7
实施例7 8341 30.1
对比例1 2108 7.8
对比例2 3173 11.8
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 (9)

1.一种耐高温陶瓷基复合材料构件的连接方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将硅粉、短切碳纤维、有机分散剂和酚醛树脂混合均匀，得到混合浆料；所述酚醛树脂、所述短切碳纤维和所述硅粉的质量比为(6～10)：(1～3)：1；所述有机分散剂的用量为所述酚醛树脂的用量的8～15wt％；所述硅粉的粒径为50～500nm；所述混合浆料的颗粒度为0.25～0.5μm；
(2)用所述混合浆料涂布第一待连接预制件和/或第二待连接预制件的连接面，然后将所述第一待连接预制件和所述第二待连接预制件的连接面贴合并连接在一起，得到预连接件，所述第一待连接预制件和/或所述第二待连接预制件均由纤维预制体制成；
(3)用所述混合浆料至少浸渍所述预连接件的连接处，然后将浸渍后的所述预连接件依次进行固化步骤和裂解步骤，得到预连接构件；
(4)将所述预连接构件进行硅锆合金熔渗反应，得到耐高温陶瓷基复合材料构件。
2.根据权利要求1所述的连接方法，其特征在于：
所述有机分散剂选自由聚乙烯醇、聚乙二醇和聚丙烯酸钠盐组成的组。
3.根据权利要求1所述的连接方法，其特征在于：
所述短切碳纤维的长度为1～3mm。
4.根据权利要求1至3任一项所述的连接方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤(2)之前进行所述第一待连接预制件和/或所述第二待连接预制件的制备步骤，该制备步骤为：将纤维预制体通过化学气相沉积法在所述纤维预制体上沉积碳，得到密度为0.85～0.95g/cm3的第一待连接预制件和/或第二待连接预制件。
5.根据权利要求1至3任一项所述的连接方法，其特征在于：
所述浸渍包括第一阶段真空浸渍和第二阶段压力浸渍；
所述第一阶段真空浸渍的压力为-0.096～-0.09MPa，所述第一阶段真空浸渍的时间为0.5～1h；
所述第二阶段压力浸渍的压力为2.0～2.5MPa，所述第二阶段压力浸渍的时间为0.5～3h。
6.根据权利要求1至3任一项所述的连接方法，其特征在于：
所述固化包括第一温度阶段固化、第二温度阶段固化和第三温度阶段固化；
所述第一温度阶段固化的温度为100～140℃，所述第一温度阶段固化的时间为1～1.5h；
所述第二温度阶段固化的温度为160～200℃，所述第二温度阶段固化的时间为1～1.5h；
所述第三温度阶段固化的温度为250～300℃，所述第三温度阶段固化的时间为1～3h。
7.根据权利要求1至3任一项所述的连接方法，其特征在于：
所述裂解是在惰性气氛中进行的；和/或
所述裂解的温度为1100～1450℃，所述裂解的时间为2～5h。
8.根据权利要求1至3任一项所述的连接方法，其特征在于：
所述硅锆合金熔渗反应在真空条件下进行；和/或
所述硅锆合金熔渗反应的温度高于所述硅锆合金的熔点100～250℃，所述硅锆合金熔渗反应的时间为0.1～3h。
9.由权利要求1至8任一项所述的连接方法得到的耐高温陶瓷基复合材料构件。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112299867A (zh) * 2020-11-04 2021-02-02 深圳市晖耀电子有限公司 一种酚醛树脂-硅粉浆料及其制备方法
CN112479719B (zh) * 2020-11-26 2022-04-05 航天特种材料及工艺技术研究所 一种反应熔渗法制备陶瓷基复合材料的布料方法及其应用
CN112679196A (zh) * 2021-01-30 2021-04-20 广东顺祥陶瓷有限公司 一种中高温陶瓷的器柄与器体的粘接工艺
CN112979319B (zh) * 2021-02-05 2022-11-01 奉化市飞固凯恒密封工程有限公司 一种增韧碳化硅陶瓷及其制备方法
CN115536436B (zh) * 2021-06-30 2023-06-30 航天特种材料及工艺技术研究所 一种碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的修补方法
CN115772037B (zh) * 2021-09-09 2023-12-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种利用短切纤维构造熔渗预制体制备碳化硅陶瓷基复合材料的方法
CN113979771B (zh) * 2021-10-19 2022-10-11 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种含导热层的夹芯结构陶瓷基复合材料及制备方法
CN114455966B (zh) * 2022-01-22 2023-04-25 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 一种耐高温紧固件及其制备方法
CN114380611B (zh) * 2022-02-14 2023-03-17 河南雅利安新材料有限公司 一种反应烧结碳化硅陶瓷研磨盘的制作方法
CN114380610B (zh) * 2022-02-14 2023-03-17 河南雅利安新材料有限公司 一种无压液相烧结碳化硅陶瓷研磨盘的制作方法
CN114409410B (zh) * 2022-02-14 2023-03-14 河南雅利安新材料有限公司 一种无压烧结碳化硅陶瓷研磨盘的制作方法
CN114671690A (zh) * 2022-03-28 2022-06-28 西安交通大学 同步反应连接-制备异质SiC基陶瓷材料连接件及方法
CN115611651B (zh) * 2022-11-02 2023-10-20 哈尔滨工业大学 一种电场辅助碳化硅陶瓷氧化的低温连接方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004131318A (ja) * 2002-10-09 2004-04-30 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 炭化ケイ素系部材の接合体及びその製造方法
CN102515870A (zh) * 2011-12-10 2012-06-27 西北工业大学 一种C/SiC-ZrB2-ZrC超高温陶瓷基复合材料的制备方法
JP5186266B2 (ja) * 2008-03-31 2013-04-17 新日鉄住金化学株式会社 多層配線回路基板及びその製造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0784344B2 (ja) * 1991-11-20 1995-09-13 工業技術院長 炭素繊維強化炭化ケイ素複合セラミックスの製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004131318A (ja) * 2002-10-09 2004-04-30 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 炭化ケイ素系部材の接合体及びその製造方法
JP5186266B2 (ja) * 2008-03-31 2013-04-17 新日鉄住金化学株式会社 多層配線回路基板及びその製造方法
CN102515870A (zh) * 2011-12-10 2012-06-27 西北工业大学 一种C/SiC-ZrB2-ZrC超高温陶瓷基复合材料的制备方法

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