CN111170754A - 一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料及制备方法 - Google Patents

一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111170754A
CN111170754A CN202010083252.0A CN202010083252A CN111170754A CN 111170754 A CN111170754 A CN 111170754A CN 202010083252 A CN202010083252 A CN 202010083252A CN 111170754 A CN111170754 A CN 111170754A
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite material
carbon
introducing
preparing
adopting
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
CN202010083252.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111170754B (zh
Inventor
刘永胜
高雨晴
董宁
王晶
贺芳
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.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
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 Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN202010083252.0A priority Critical patent/CN111170754B/zh
Publication of CN111170754A publication Critical patent/CN111170754A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111170754B publication Critical patent/CN111170754B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • C04B35/58085—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 silicides
    • 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
    • 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
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • 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
    • C04B2235/02—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
    • C04B2235/5248—Carbon, e.g. graphite
    • 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
    • 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
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density

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

本发明涉及一种具有Si‑Y‑C三元陶瓷基体复合材料及制备方法，利用反应熔体渗透法，将硅‑钇合金引入陶瓷基复合材料，制得一种含Si‑Y‑C三元陶瓷基体的复合材料。该方法提高了引入稀土化合物的质量分数，实现了连续渗透和均匀分布；制备温度较低，有利于原有纤维或晶须等增强体性能的充分发挥。在保证复合材料力学性能的前提下，其抗水氧腐蚀性能提升100～200％，抗热震性能提升100～150％。不仅如此，该方法工艺简单可控，对设备要求低，有利于规模生产。

Description

一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料及制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，涉及一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料及制备方法，其主要应用于提升陶瓷基复合材料抗水氧腐蚀和抗烧蚀性能领域。
背景技术
随着工业生产技术以及航空航天技术的发展，对复合材料种类的需求更加多样，对材料性能的要求也越来越高。新一代高性能航空发动机的工作条件严苛，对材料的抗水氧腐蚀性能提出了较高的要求；对于火箭发动机的热防护系统，则要求其抗烧蚀性能优异。因此，陶瓷基复合材料的主要发展方向之一就是提高材料在极端环境下的使用寿命。稀土硅酸盐(Y2Si2O7/Yb2Si2O7等)和其他含稀土化合物，因具有低高温挥发率、低氧气渗透率等优异性能，可用于提高复合材料的使用寿命。
目前使用含稀土化合物改性复合材料的方法主要有涂层改性法、界面改性法、基体改性法等。但涂层改性法存在密度低、易剥落、制备温度高等问题；界面改性法存在界面相分布不均匀，和复合材料组元的界面结合力弱等缺点，且工艺过程复杂，制备时间较长以及难以进行规模化生产。相对而言，基体改性法具有制备温度低、引入相质量分数高且分布均匀，容易进行规模化生产等优势。
文献1“Comparative study on high-temperature performance and thermalshock behavior of plasma-sprayed Yb2SiO5,and Yb2Si2O7 coatings.Surface andCoatings Technology 349(2018)636-646.”先通过固相反应法制备稀土硅酸盐粉体，再使用空气等离子喷涂法在碳化硅基底表面制备Yb2SiO5和Yb2Si2O7涂层，以提高抗热震性能。但该方法存在涂层不致密，易开裂、分层、剥落等问题。
文献2“In situ Y2Si2O7 coatings on SiC fibers:Thermodynamic analysisand processing Journal of the American Ceramic Society 102(2019)167-177”首先通过预氧化SiC纤维在表面形成SiO2，之后在纤维上涂覆6-12次YPO4溶液，最后在1200℃下热处理20h原位生成Y2Si2O7作为复合材料的界面。该方法在纤维表面制备了连续的Y2Si2O7界面，但存在工艺过程复杂、对纤维损伤较大，且很难达到规模化生产等劣势。
文献3“Yttrium Bearing Silicon Carbide Matrices for Robust CeramicComposites”介绍了将YB2,Y2O3,和Y5Si3等含钇化合物加入到SiC中提高其氧化腐蚀行为的方法，表明通过加入含钇化合物有望构建强健的基体，但还没有真正用到复合材料基体中。
专利号CN201811202000.4公开了一种硅酸钇改性碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备方法。分别利用溶胶-凝胶法和CVD法制备硅酸钇界面层和碳化硅界面层，之后用PIP结合RMI工艺制备碳化硅基体。该方法制得的硅酸钇改性SiC/SiC复合材料具有良好的抗氧化性能，但制备温度高(RMI温度1450-1700℃)，制备周期长，制备工艺繁琐。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料及制备方法，提高复合材料在极端环境下的使用寿命，解决制备稀土元素改性的复合材料的工艺缺陷，克服制备温度高、制备周期长、引入质量分数低、不能规模生产等缺点。
本发明的思想在于采用反应熔体渗透法，利用硅-钇(Si-Y)共晶合金与碳之间的反应，生成Si-Y-C三元致密基体，以期提高复合材料的抗水氧腐蚀和抗烧蚀性能。
技术方案
一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料，其特征在于各相体积占比为：60-65％的硅化钇YSi2、15-25％的碳化硅SiC和10-20％的碳。
一种制备所述具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料的方法，其特征在于采用反应熔体渗透法，步骤如下：
步骤1、制备预制体：采用预制体成型工艺，将连续纤维、短切纤维或晶须增强体成型，得到复合材料预制体；
步骤2、制备界面和基体：采用化学气相渗透法在预制体上制备陶瓷基复合材料的热解碳的界面层，并以碳、碳化硅或氮化硅为基体，形成多孔材料，多孔复合材料的开气孔率是15～30％；
所述界面层为热解碳或氮化硼；
步骤3、引入碳源：采用化学气相渗透法引入热解碳、聚合物浸渍裂解法引入裂解碳、浆料浸渍法引入石墨碳等中的一种或多种，在步骤2得到的多孔材料中引入碳源，使其在下一步中能与硅-钇合金发生反应；
当以氮化硅或碳化硅为基体时，必须采用步骤3，多孔复合材料的开气孔率为20～35％；
当以碳为基体时，不采用步骤3时，多孔复合材料的开气孔率为15～30％；如果采用步骤3时，多孔复合材料的开气孔率为20～35％；
步骤4、反应熔体渗透法引入硅-钇合金：采用包埋法和单向法，将的复合材料与硅-钇合金粉体置于石墨坩埚中，送入真空熔渗炉；反应溶体渗透过程的保温温度和保温时间分别为1250～1450℃和15～120分钟，反应后生成具有Si-Y-C三元陶瓷基体的致密复合材料。
所述所述步骤3的聚合物浸渍裂解法中，首先以酚醛树脂、环氧树脂等为溶质，以无水乙醇为溶剂配制溶液，树脂和无水乙醇的质量比为1:5～1:2，磁力搅拌时间为12～24h；利用真空浸渍法把复合材料浸渍在树脂溶液中15～40分钟，每结束一次浸渍，在120～180℃固化2h。反复循环1～5次后，在900～1000℃裂解2h，裂解升温速率为5℃/分钟。
所述步骤4中，1000℃以下的升温速率为15℃/分钟，1000℃以上的升温速率为5℃/分钟。
所述浆料浸渍法中，采用石墨粉和去离子水配置石墨浆料，湿法球磨24h。
所述步骤1中的增强体成型，将纤维通过不同方法制成短切纤维毡、二维纤维布或三维预制体。
所述二维纤维布编制方法为包括但不限于平纹、斜纹或缎纹。
所述三维纤维预制体编织方法为包括但不限于三维针刺或三维四向。
所述步骤1中的连续纤维或短切纤维包括但不限于碳纤维、碳化硅纤维或氮化硅纤维。
有益效果
本发明提出的一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料及制备方法，利用反应熔体渗透法，将硅-钇合金引入陶瓷基复合材料，制得一种含Si-Y-C三元陶瓷基体的复合材料。该方法提高了引入稀土化合物的质量分数，实现了连续渗透和均匀分布；制备温度较低，有利于原有纤维或晶须等增强体性能的充分发挥。在保证复合材料力学性能的前提下，其抗水氧腐蚀性能提升100～200％，抗热震性能提升100～150％。不仅如此，该方法工艺简单可控，对设备要求低，有利于规模生产。
本发明的有益效果有以下几点：
(1)此工艺过程整体制备温度较低，可在尽量少损伤原有纤维的基础上完成基体改性。
(2)此工艺方法引入含稀土元素的化合物质量分数高，且分布较为均匀，整个工艺过程稳定可控。
(3)此工艺方法制备时间较短，步骤简单，对设备要求不高，适用于复合材料的规模生产，极大提升了复合材料的制备效率。
附图说明
图1为本发明采用反应熔体渗透法制备具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料的流程图。
图2为反应熔体渗透法制备的三维针刺C/Si-Y-C复合材料的截面SEM照片。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明的思想在于采用反应熔体渗透法，利用硅-钇(Si-Y)共晶合金与碳之间的反应，生成Si-Y-C三元致密基体，以期提高复合材料的抗水氧腐蚀和抗烧蚀性能。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
步骤1.制备预制体：
使用各种预制体成型工艺，将连续纤维、短切纤维、晶须等增强体成型，得到复合材料预制体。
所述步骤1中增强体的种类可以为连续纤维和短切纤维(碳纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维等)，将纤维通过不同方法制成短切纤维毡、二维纤维布或三维预制体。二维纤维布编制方法可以为平纹、斜纹、缎纹等；三维纤维预制体编织方法可以为三维针刺、三维四向等。增强体的种类也可以为晶须(碳化硅晶须、氮化硅晶须、氧化铝晶须等)，晶须成型方法可采用热压法、凝胶注模法、光固化法等。
步骤2.制备界面和基体：
采用化学气相渗透法在步骤1的预制体上制备陶瓷基复合材料的热解碳或氮化硼等界面层。根据实际需要，采用化学气相渗透法、聚合物浸渍裂解法等制备复合材料基体。
所述步骤2中采用化学气相渗透法制备陶瓷基复合材料的界面层，界面层为热解碳或氮化硼等。化学气相渗透法或聚合物浸渍裂解法制备的基体为碳、碳化硅、氮化硅等。步骤2中如果已经引入热解碳或裂解碳等含碳基体，则可以选择性省略步骤3；反之则不能省略步骤3。如果省略步骤3，则步骤2结束后多孔复合材料的开气孔率是15～30％。如果不省略步骤3，则步骤2结束后多孔复合材料的开气孔率是20～35％。
步骤3.引入碳源：
采用化学气相渗透法引入热解碳、聚合物浸渍裂解法引入裂解碳、浆料浸渍法引入石墨碳等中的一种或多种，在步骤2得到的多孔材料中引入一定量的碳源，使其在下一步中能与硅-钇合金发生反应。
所述步骤3的聚合物浸渍裂解法中，首先以酚醛树脂、环氧树脂等为溶质，以无水乙醇为溶剂配制溶液，树脂和无水乙醇的质量比为1:5～1:2，磁力搅拌时间为12～24h。利用真空浸渍法把复合材料浸渍在树脂溶液中15～40分钟，每结束一次浸渍，在120～180℃固化2h。反复循环1～5次后，在900～1000℃裂解2h，裂解升温速率为5℃/分钟。浆料浸渍法中，采用石墨粉和去离子水配置石墨浆料，湿法球磨24h。
步骤4.反应熔体渗透法引入硅-钇合金：
将步骤3制得的复合材料与硅-钇合金粉体置于石墨坩埚中，送入真空熔渗炉。反应溶体渗透过程的保温温度和保温时间分别为1250～1450℃和15～120分钟，反应后生成具有Si-Y-C三元陶瓷基体的致密复合材料。
所述步骤4的反应溶体渗透过程中，复合材料与合金的接触方式有包埋法和单向法。1000℃以下的升温速率为15℃/分钟，1000℃以上的升温速率为5℃/分钟。
实施例1.
步骤1.制备纤维预制体：将0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加到碳纤维预制体的厚度，并通过接力针刺制备出碳纤维预制体。
步骤2.沉积界面层：采用化学气相渗透法在碳纤维预制体上沉积热解碳界面层。
步骤3.制备基体：以丙烯(C3H6)为气源，Ar气为稀释气体，CVI工艺的沉积温度为900℃，沉积时间为500h，系统压力为5kPa，得到开气孔率为18.5％的试样。
步骤4.反应熔体渗透法引入硅-钇合金：将复合材料与硅-钇合金置于石墨盒子里，接触方法采用单向法。将石墨盒放入内径150毫米，壁厚10毫米的石墨坩埚内，送入真空炉。1000℃以下的升温速率为15℃/分钟，1000℃以上的升温速率为5℃/分钟。保温温度为1310℃，保温时间为60分钟。试样密度为2.19g/cm3。
实施例2.
步骤1.制备纤维预制体：将0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加到碳纤维预制体的厚度，并通过接力针刺制备出碳纤维预制体。
步骤2.沉积界面层：采用化学气相渗透法在碳纤维预制体上沉积热解碳界面层。
步骤3：制备基体：以丙烯(C3H6)为气源，Ar气为稀释气体，CVI工艺的沉积温度为900℃，沉积时间为500h，系统压力为5kPa，得到开气孔率为19.9％的试样。
步骤4.反应熔体渗透法引入硅-钇合金：将复合材料与硅-钇合金置于石墨盒子里，接触方法采用包埋法。将石墨盒放入内径150毫米，壁厚10毫米的石墨坩埚内，送入真空炉。1000℃以下的升温速率为15℃/分钟，1000℃以上的升温速率为5℃/分钟。保温温度为1340℃，保温时间为60分钟。试样密度为2.28g/cm3。
实施例3.
步骤1.制备纤维预制体：将碳化硅平纹纤维布剪裁成适宜尺寸后，叠层，用石墨模具定型制备碳化硅纤维预制体。
步骤2.沉积界面层：采用化学气相渗透法在碳纤维预制体上沉积氮化硼界面层。
步骤3.制备基体：以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3,MTS)为气源，Ar为稀释气体，以鼓泡方式用H2作为载气将MTS带入反应炉内，沉积温度为1050℃，系统总压为5kPa，H2与MTS的摩尔比为10:1，制备SiC的化学反应为：CH3SiCl3+H2→SiC+HCl。沉积若干炉次得到开气孔率为24.6％的试样。
步骤4.引入碳源：将酚醛树脂与无水乙醇以质量比3:10的比例混合，磁力搅拌20h至溶解均匀。将多孔碳化硅基复合材料在酚醛树脂溶液中真空浸渍20分钟，压力为-0.1MPa，浸渍后在150℃交联固化2h，循环真空浸渍-固化步骤4次。最后在950℃下裂解树脂2h，裂解后试样密度为2.09g/cm3。
步骤5.反应熔体渗透法引入硅-钇合金：将复合材料与硅-钇合金置于石墨盒子里，接触方法采用包埋法。将石墨盒放入内径150毫米，壁厚10毫米的石墨坩埚内，送入真空炉。1000℃以下的升温速率为15℃/分钟，1000℃以上的升温速率为5℃/分钟。保温温度为1340℃，保温时间为60分钟。试样密度为2.34g/cm3。

Claims (9)

1.一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料，其特征在于各相体积占比为：60-65％的硅化钇YSi2、15-25％的碳化硅SiC和10-20％的碳。
2.一种制备权利要求1所述具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料的方法，其特征在于采用反应熔体渗透法，步骤如下：
步骤1、制备预制体：采用预制体成型工艺，将连续纤维、短切纤维或晶须增强体成型，得到复合材料预制体；
步骤2、制备界面和基体：采用化学气相渗透法在预制体上制备陶瓷基复合材料的热解碳的界面层，并以碳、碳化硅或氮化硅为基体，形成多孔材料，多孔复合材料的开气孔率是15～30％；
所述界面层为热解碳或氮化硼；
步骤3、引入碳源：采用化学气相渗透法引入热解碳、聚合物浸渍裂解法引入裂解碳、浆料浸渍法引入石墨碳等中的一种或多种，在步骤2得到的多孔材料中引入碳源，使其在下一步中能与硅-钇合金发生反应；
当以氮化硅或碳化硅为基体时，必须采用步骤3，多孔复合材料的开气孔率为20～35％；
当以碳为基体时，不采用步骤3时，多孔复合材料的开气孔率为15～30％；如果采用步骤3时，多孔复合材料的开气孔率为20～35％；
步骤4、反应熔体渗透法引入硅-钇合金：采用包埋法和单向法，将的复合材料与硅-钇合金粉体置于石墨坩埚中，送入真空熔渗炉；反应溶体渗透过程的保温温度和保温时间分别为1250～1450℃和15～120分钟，反应后生成具有Si-Y-C三元陶瓷基体的致密复合材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述所述步骤3的聚合物浸渍裂解法中，首先以酚醛树脂、环氧树脂等为溶质，以无水乙醇为溶剂配制溶液，树脂和无水乙醇的质量比为1:5～1:2，磁力搅拌时间为12～24h；利用真空浸渍法把复合材料浸渍在树脂溶液中15～40分钟，每结束一次浸渍，在120～180℃固化2h。反复循环1～5次后，在900～1000℃裂解2h，裂解升温速率为5℃/分钟。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤4中，1000℃以下的升温速率为15℃/分钟，1000℃以上的升温速率为5℃/分钟。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述浆料浸渍法中，采用石墨粉和去离子水配置石墨浆料，湿法球磨24h。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤1中的增强体成型，将纤维通过不同方法制成短切纤维毡、二维纤维布或三维预制体。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述二维纤维布编制方法为包括但不限于平纹、斜纹或缎纹。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述三维纤维预制体编织方法为包括但不限于三维针刺或三维四向。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤1中的连续纤维或短切纤维包括但不限于碳纤维、碳化硅纤维或氮化硅纤维。
CN202010083252.0A 2020-02-08 2020-02-08 一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料及制备方法 Active CN111170754B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010083252.0A CN111170754B (zh) 2020-02-08 2020-02-08 一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010083252.0A CN111170754B (zh) 2020-02-08 2020-02-08 一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111170754A true CN111170754A (zh) 2020-05-19
CN111170754B CN111170754B (zh) 2022-05-13

Family

ID=70623936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010083252.0A Active CN111170754B (zh) 2020-02-08 2020-02-08 一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111170754B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114656275A (zh) * 2022-03-11 2022-06-24 西北工业大学 真空浸渍结合反应熔体浸渗制备SiCf/Si-Y-B-C复合材料的方法
CN115259833A (zh) * 2022-09-19 2022-11-01 新明珠集团股份有限公司 一种陶瓷薄板及其制备方法
CN115286395A (zh) * 2022-08-10 2022-11-04 中南大学 一种改性SiC基复合材料及其制备方法
CN117923928A (zh) * 2024-03-20 2024-04-26 西北工业大学宁波研究院 一种复相氧化物陶瓷改性的陶瓷基复合材料及其制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1850730A (zh) * 2006-05-26 2006-10-25 中国科学院上海硅酸盐研究所 气相渗硅工艺制备碳纤维增强碳化硅基复合材料的方法
CN106507877B (zh) * 2009-05-07 2012-04-04 西北工业大学 一种碳/碳化硅飞机刹车材料的制造方法
CN106588060A (zh) * 2016-11-10 2017-04-26 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高致密的碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法
CN107021773A (zh) * 2017-05-22 2017-08-08 中南大学 一种新型超高温陶瓷一体化改性抗烧蚀炭/炭复合材料及其制备方法
CN108424160A (zh) * 2018-03-28 2018-08-21 中国航发北京航空材料研究院 一种短周期碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备方法
CN109415275A (zh) * 2016-09-06 2019-03-01 株式会社Ihi 陶瓷基复合材料的制造方法
CN109704776A (zh) * 2019-01-29 2019-05-03 西北工业大学 高导热金刚石改性碳化硅陶瓷基复合材料的定向导热通道构筑方法
CN110357648A (zh) * 2019-07-09 2019-10-22 中国航发北京航空材料研究院 一种制备多级多尺度纤维增韧陶瓷基复合材料的方法
US20200024198A1 (en) * 2016-08-25 2020-01-23 Ihi Corporation Ceramic matrix composite and method of manufacturing the same

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1850730A (zh) * 2006-05-26 2006-10-25 中国科学院上海硅酸盐研究所 气相渗硅工艺制备碳纤维增强碳化硅基复合材料的方法
CN106507877B (zh) * 2009-05-07 2012-04-04 西北工业大学 一种碳/碳化硅飞机刹车材料的制造方法
US20200024198A1 (en) * 2016-08-25 2020-01-23 Ihi Corporation Ceramic matrix composite and method of manufacturing the same
CN109415275A (zh) * 2016-09-06 2019-03-01 株式会社Ihi 陶瓷基复合材料的制造方法
CN106588060A (zh) * 2016-11-10 2017-04-26 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高致密的碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法
CN107021773A (zh) * 2017-05-22 2017-08-08 中南大学 一种新型超高温陶瓷一体化改性抗烧蚀炭/炭复合材料及其制备方法
CN108424160A (zh) * 2018-03-28 2018-08-21 中国航发北京航空材料研究院 一种短周期碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备方法
CN109704776A (zh) * 2019-01-29 2019-05-03 西北工业大学 高导热金刚石改性碳化硅陶瓷基复合材料的定向导热通道构筑方法
CN110357648A (zh) * 2019-07-09 2019-10-22 中国航发北京航空材料研究院 一种制备多级多尺度纤维增韧陶瓷基复合材料的方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JING WANG ET AL.: "Effects of initial density during laser machining assisted CVI process and its influence on strength of C/SiC composites", 《CERAMICS INTERNATIONAL》 *
JINGXIN LI ET AL.: "Microstructure and properties of C/SiC-Diamond composites prepared by the combination of CVI and RMI", 《ADVANCED ENGINEERING MATERIALS》 *
REBECCA BETH REITZ: "Fundamentals of reactive alloy melt infiltration for robust SiC/SiC ceramic matrix composites", 《PROQUEST DISSERTATIONS PUBLISING》 *
SREEJITH KRISHNAN ET AL.: "A comparative study on Cf/PyC/SiC minicomposites prepared via CVI process for hypersonic engine application", 《APPLIED CERAMIC TECHNOLOGY》 *
Y.G.TONG ET AL.: "Microstructures and properties of Si-Zr alloy based CMCs reinforced by various porous C/C performs", 《CERAMICS INTERNATIONAL》 *
赵彦伟 等: "C/C-SiC复合材料的反应熔渗法制备与微观组织", 《宇航材料工艺》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114656275A (zh) * 2022-03-11 2022-06-24 西北工业大学 真空浸渍结合反应熔体浸渗制备SiCf/Si-Y-B-C复合材料的方法
CN114656275B (zh) * 2022-03-11 2023-08-04 西北工业大学 真空浸渍结合反应熔体浸渗制备SiCf/Si-Y-B-C复合材料的方法
CN115286395A (zh) * 2022-08-10 2022-11-04 中南大学 一种改性SiC基复合材料及其制备方法
CN115259833A (zh) * 2022-09-19 2022-11-01 新明珠集团股份有限公司 一种陶瓷薄板及其制备方法
CN115259833B (zh) * 2022-09-19 2022-12-20 新明珠集团股份有限公司 一种陶瓷薄板及其制备方法
CN117923928A (zh) * 2024-03-20 2024-04-26 西北工业大学宁波研究院 一种复相氧化物陶瓷改性的陶瓷基复合材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111170754B (zh) 2022-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111170754B (zh) 一种具有Si-Y-C三元陶瓷基体复合材料及制备方法
CN109721377B (zh) 碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法
US5350545A (en) Method of fabrication of composites
KR101241775B1 (ko) 고밀도 섬유강화 세라믹 복합체의 제조방법
JP5117862B2 (ja) セラミックマトリックス複合部材の製造方法
CN104311090B (zh) 一种热压烧结/前驱体裂解法制备Cf/ZrC-SiC超高温陶瓷复合材料的方法
CN111996473B (zh) 一种变结构超高温陶瓷基复合材料及其制备方法
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
CN110372390A (zh) 基于増材制造的连续纤维增强SiC零件制备方法及产品
JP2001505522A (ja) 炭化珪素強化炭化珪素複合材料
CN108101566B (zh) Rtm工艺辅助制备碳化硅陶瓷基复合材料构件的方法
CN102924106B (zh) 一种碳-碳化硅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
CN105016759A (zh) 一种C/SiC复合材料的快速制备方法
CN111943726A (zh) 一种高性能C/SiBCN复合材料及其制备方法和应用
CN113149686B (zh) 一种具有复合陶瓷层的炭/炭复合材料坩埚及其制备方法
CN109608218B (zh) 一种自愈合陶瓷基复合材料及其低温快速制备方法
CN113754455B (zh) 多尺度增韧铺层结构吸波陶瓷基复合材料及其制备方法
CN110382444B (zh) 用于生产固结的纤维预制件的方法
US20100081350A1 (en) Smooth surface ceramic composites
CN116409997A (zh) 一种碳化硅复相陶瓷及其制备方法
CN104478460A (zh) 一种纤维增强碳化硅复合材料的制备方法
CN109095929B (zh) 一种碳陶刹车盘制备方法
KR100838825B1 (ko) 탄화규소 섬유 강화 반응소결 탄화규소 다공체 및 이의제조방법
CN114230347A (zh) 连续纤维增强ZrC/SiC复合零件的制备方法及产品

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