CN113185313B - 一种碳纤维增强陶瓷基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：使用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍，得到附着有碳化硼胶体的碳纤维预制体；对碳纤维预制体上附着的碳化硼胶体进行老化，得到初始碳纤维毛坯；使用包括碳化硅前驱体和超高温陶瓷前驱体的前驱体溶液对所述初始碳纤维毛坯进行浸渍，得到附着有前驱体溶液的初始碳纤维毛坯；对所述初始碳纤维毛坯上附着的前驱体溶液进行固化，得到碳纤维毛坯；对所述碳纤维毛坯进行热处理，得到碳纤维增强陶瓷基复合材料。本发明制备的复合材料具有耐超高温、抗烧蚀性强、整体强度高、抗断裂韧性好、宽温域抗氧化性强等优点。

Description

一种碳纤维增强陶瓷基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于超高温材料领域，具体地说涉及一种碳纤维增强陶瓷基复合材料及其制备方法。
背景技术
随着现代航空航天科技的飞速发展，对于材料的耐温性能要求越来越高，要求材料能够在超高温环境下，长时间有效服役。
超高温陶瓷主要包括Ti、Zr、Hf、Ta等的碳化物、硼化物、氮化物和氧化物等，其熔点均在3000℃以上，尤其是TaC和HfC的熔点更是都超过3700℃，其超高的熔点和优异的耐高温烧蚀性能为解决材料的耐超高温性能提供了研究方向。不过，由于超高温陶瓷材料是一种脆性材料，其抗冲击性能较差，需要通过连续纤维等对其进行增韧，复合后得到的连续纤维增强超高温陶瓷复合材料不仅耐超高温、抗烧蚀，还具有整体强度高、抗断裂韧性好等优点。
碳纤维是目前唯一一种在3000℃(非氧环境)以上仍具有很高比强度、比模量以及较低热膨胀系数的纤维材料，同时碳纤维也容易通过缠绕、编织、针刺等方式成型为预制体，尤其能够用于制造形状复杂的大型构件。因此，如何将非氧化物的超高温陶瓷与碳纤维增强体复合是需要解决的问题。
此外，抗氧化性也将直接影响飞行器的技术特点和服役性能，提高碳纤维增韧超高温陶瓷材料的耐温域宽度和抗氧化性能也是急需解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法。
本发明的一种碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：使用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍，得到附着有碳化硼胶体的碳纤维预制体；对碳纤维预制体上附着的碳化硼胶体进行老化，得到初始碳纤维毛坯；使用包括碳化硅前驱体和超高温陶瓷前驱体的前驱体溶液对所述初始碳纤维毛坯进行浸渍，得到附着有前驱体溶液的初始碳纤维毛坯；对所述初始碳纤维毛坯上附着的前驱体溶液进行固化，得到碳纤维毛坯；对所述碳纤维毛坯进行热处理，得到碳纤维增强陶瓷基复合材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用前驱体裂解法获得超高温陶瓷基体，相比粉体烧结、化学气相沉积等方法具有烧结温度低、成本低等优点。但是，该方法的陶瓷产率较低，前驱体高温裂解后在纤维内部为颗粒堆积结构，与纤维结合力差，想要提高材料力学性能，必须使得裂解后的陶瓷相烧结致密，尤其是超高温陶瓷前驱体裂解后的陶瓷相粒径大、裂解温度高，且因陶瓷产率低的问题，导致其颗粒间充满大量的孔洞，仅靠固化后形成的三维网络状结构连接，结合力极差，因此，烧结难度仍然很大，甚至无法烧结。
为了降低烧结难度，本发明在复合材料的制备过程中引入碳化硅和碳化硼。若以碳化硅粉末和碳化硼粉末的形式引入碳化硅和碳化硼，粉体浸渍时，容易堵塞碳纤维预制体的孔洞，影响浸渍效果，尤其是碳纤维预制体内部容易出现空心化现象，因此，本发明以碳化硅前驱体和碳化硼胶体的形式引入碳化硅和碳化硼。
首先，本发明将碳化硅前驱体添加到前驱体溶液中，与超高温陶瓷前驱体混合成混合液，碳化硅前驱体裂解后的碳化硅颗粒粒径小、表面活性高，裂解温度低，两种前驱体混合后，能够形成一种新的三维网络结构，碳化硅与超高温陶瓷互相包覆，提高了两者颗粒的烧结活性，降低了烧结温度，碳化硅还能够很好地起到填充效果，降低孔隙率。再加上碳化硼能发挥烧结助剂的作用，在烧结时促进晶型生长，因此，碳化硅和碳化硼的引入使得烧结温度大幅降低，减少基体烧结对碳纤维的损伤，使得复合材料的力学性能更优。
其次，本发明将碳化硼胶体的引入与其他的前驱体(碳化硅的前驱体和超高温陶瓷的前驱体)的引入分布操作，进一步降低了对纤维的损伤。碳化硼胶体中含有大量的结构水，这些结构水在高温裂解时会释放出来，一旦与碳化硅前驱体和超高温陶瓷前驱体接触，便会发生水解反应，导致裂解产物中的氧化物急剧增多，难以形成非氧化物陶瓷相，本发明先用碳化硼胶体浸渍碳纤维预制体，经干燥老化后除去结构水，再用含碳化硅前驱体和超高温陶瓷前驱体的前驱体溶液浸渍碳纤维预制体，避免在引入碳化硼时引入大量的氧而损伤碳纤维。
此外，碳化硅和碳化硼的引入还能使得提高复合材料在宽温域内均具有较强的抗氧化性能。首先，碳化硼与碳化硅的热膨胀系数非常相近，不会因受热膨胀不均使得基体产生大量裂纹，导致氧气的侵入，能够起到更好的保护作用。其次，碳化硼在500℃以上开始氧化，形成氧化硼的玻璃相，同时与外界进行热交换，玻璃相还能愈合裂纹，提高材料的高温强度，此时的玻璃相具有流动性，碳化硅、超高温陶瓷等颗粒相发挥界钉的作用，增大玻璃相粘度，防止其流动性过高而流失；当温度升高到1200℃以上时，此时碳化硼氧化形成的玻璃相形成能小于扩散能，开始向外界扩散，而碳化硅开始发挥作用，氧化形成二氧化硅玻璃相，阻止了氧化硼玻璃相的挥发扩散，保留住在低温抗氧化的效果，同时能够耐受住1200～1600℃的高温氧化，此时超高温陶瓷颗粒相发挥界钉的作用，防止玻璃相的流失；当温度进一步升高后，超高温陶瓷形成氧化物玻璃相，包裹住二氧化硅的玻璃相，如此，使得复合材料在很宽的温域内均具有较强的抗氧化性。
值得注意的是，由于有氧环境对碳纤维的损伤较大，严重影响其增强作用，制备碳纤维增韧超高温陶瓷材料时，一般不会选用氧化物状态的超高温陶瓷，因此，本发明所说的超高温陶瓷是指Ti、Zr、Hf、Ta等的碳化物、硼化物和氮化物，不包括氧化物。
优选的，所述超高温陶瓷前驱体为碳化铪前驱体和碳化钽前驱体的复合前驱体；所述复合前驱体中碳化铪前驱体和碳化钽前驱体的质量比为(0.1～5)∶5。本优选方案的有益效果为：根据碳化铪和碳化钽的相图，当温度高于887℃时，任意比例的HfC和TaC都能形成固溶物TaxHf1-xC(x<1)。当x＝0.4～0.8时，由TaC和HfC形成的三元陶瓷为均一固溶体相，具有比TaC和HfC更高的热导率，具有最高熔点(4027±80℃)，并在超高温烧蚀过程中能够形成Hf6Ta2O17复合氧化物相，能够进一步降低超高温烧蚀率，因此采用两者的复合前驱体制备的复合材料耐温极限更高；此外，在Hf相氧化时，形成氧化铪玻璃相，包裹住二氧化硅的玻璃相，Ta相又形成界钉的作用，增大玻璃相的粘度，Ta氧化的时候，温度已经达到2200℃以上，此时一方面靠形成玻璃相阻挡氧气侵入基体，另一方面在此温度下，前三种玻璃相形成稳定的硅酸盐类物质，熔点高，化学性质稳定。
优选的，所述碳化硅前驱体与超高温陶瓷前驱体的质量比为1∶(9～15)。本优选方案的有益效果为：控制碳化硅前驱体与超高温陶瓷前驱体的比例，实现复合材料的高耐温极限与低烧结难度之间的最优选。
优选的，所述碳化硼胶体的制备包括以下步骤：将含有硼源和碳源的溶质加入溶剂中，形成混合物；调节所述混合物的pH为4-6；除去所述混合物中的水，使得所述混合物转化为碳化硼凝胶。本优选方案的有益效果为：用硼源和碳源制备碳化硼胶体，并在合适的pH范围内去除分子水，得到碳化硼凝胶，碳化硼凝胶的流动性随温度变化而变化，便于通过温度的控制实现浸渍并使得碳化硼凝胶附着在碳纤维预制体上。
优选的，使用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍时，温度为70～120℃，相对压力为-0.1MPa～-0.06MPa，时间为0.5～2h；和/或，对碳纤维预制体上附着的碳化硼胶体进行老化时，温度为80～120℃，时间为8～18h。本优选方案的有益效果为：碳化硼凝胶在100℃左右时，是流动状态，此时适合浸渍，浸渍后进行冷却，成凝胶状，能够保留住渗入纤维内部的原料，对材料密度均一化有着优异效果；在80～120℃的温度下老化能够去除多余的分子水，并加速除去结构水，促进形成碳化硼前驱体的网络结构生成。
优选的，对所述初始碳纤维毛坯上附着的前驱体溶液进行固化前，将所述附着有前驱体溶液的初始碳纤维毛坯放入固化剂溶液中浸泡5～10min。本优选方案的有益效果为：固化剂起到固化交联作用，有效避免了空气固化时的氧化反应，减少高温裂解产物中的氧含量，增加了碳源，高温时与氧气反应，同时缩短了固化时间，减少了液体流出，提高了浸渍效率。
优选的，对所述初始碳纤维毛坯上附着的前驱体溶液进行固化时，温度为90～150℃，时间为2～3h，并通入惰性气体保护。本优选方案的有益效果为：控制温度可以调整前驱体溶液的粘度，控制浸渍时间调节浸渍效果和效率，惰性气体保护，可以避免与空气接触发生氧化反应导致氧含量增加。
优选的，对所述碳纤维毛坯进行热处理时，温度为1000～1600℃，并通入惰性气体保护。本优选方案的有益效果为：本发明的热处理温度相比现有技术较低，用较低的热处理温度在惰性气体保护下烧结，对碳纤维损伤更小，得到的复合材料力学性能更优。
优选的，使用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍前，在所述碳纤维预制体上进行热解碳界面层的制备。本优选方案的有益效果为：热解碳界面层一方面可以提供碳纤维的力学性能，保护碳纤维，另一方面可以有效改善碳纤维与陶瓷基体的界面结合状态。
本发明还提供一种应用上述制备方法制备的碳纤维增强陶瓷基复合材料。该复合材料具有耐超高温、抗烧蚀性强、整体强度高、抗断裂韧性好、宽温域抗氧化性强等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的复合材料的图片；
图2为本发明实施例1制备的复合材料在2000℃烧蚀500s后的形貌图片；
图3为本发明实施例1制备的复合材料在2300℃烧蚀1000s后的形貌图片；
图4为图3在不同放大比例下的微观形貌；
图5为本发明实施例1碳化硼胶体老化后的图片。
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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
本实施例提供了一种碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)使用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍，得到附着有碳化硼胶体的碳纤维预制体；并对碳纤维预制体上附着的碳化硼胶体进行老化，得到初始碳纤维毛坯。
本实施例作为一种优选方案，用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍前，先将所述碳纤维预制体在600～800℃的温度、0.1～1Pa的绝对气压真空度下进行排胶处理；再用含有丙烷、氩气、氮气的气源，在850～1000℃的温度、0.1～0.6L/min的综合气流量下，在所述碳纤维预制体上进行热解碳界面层的制备。用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍时，温度为70～120℃，相对压力为-0.1MPa～-0.06MPa，时间为0.5～2h；对碳纤维预制体上附着的碳化硼胶体进行老化时，温度为80～120℃，时间为8～18h。
其中，所述碳化硼胶体的制备包括以下步骤：将含有硼源和碳源的溶质加入溶剂中，形成混合物，溶质和溶剂的质量比为1∶(1～4)；用氨水调节所述混合物的pH为4～6；蒸发除去所述混合物中的水，直到凝胶混合物表面形成白色泡沫为止，使得所述混合物转化为碳化硼凝胶。其中，硼源为硼酸和/或硼酐，碳源为柠檬酸、葡萄糖、聚乙烯醇中的一种或多种，本实施例优选硼酸作为硼源，柠檬酸为碳源，硼酸和柠檬酸的质量比为1∶(1～5)，水和乙醇作为溶剂，水和乙醇的质量比为1∶(1～5)。制得的碳化硼凝胶老化后可以除去结构水，如图5是本实施例的碳化硼凝胶老化一段实际后的图片。
(2)用使用包括碳化硅前驱体和超高温陶瓷前驱体的前驱体溶液对所述初始碳纤维毛坯进行浸渍，得到附着有前驱体溶液的初始碳纤维毛坯；用快速风干加热设备将所述附着有前驱体溶液的初始碳纤维毛坯加热，使其快速风干，使得附着在初始碳纤维毛坯上的前驱体溶液固化，得到碳纤维毛坯，碳化硅毛坯的坯体表面形成粘结层，阻止内部前驱体流出。
本实施例作为一种优选方案，使用包括碳化硅前驱体和超高温陶瓷前驱体的前驱体溶液对所述初始碳纤维毛坯进行浸渍时，优选真空浸渍，真空度为0.1～1Pa，浸渍40～80min后再通入惰性气体使真空度变为0；浸渍完成后，将附着有前驱体溶液的初始碳纤维毛坯放入固化剂溶液中浸泡5～10min，然后再在90～150℃的温度、并通有0.05～0.1L/min的氮气气流的条件下加热2～3h，使得前驱体溶液固化，得到碳纤维毛坯。其中，固化剂溶液优选纯度为80％的二乙烯基苯溶液，也可选用酚醛树脂、呋喃树脂等具有高难度的聚合物。
其中，所述包括碳化硅前驱体和超高温陶瓷前驱体的溶液中，所述碳化硅前驱体与超高温陶瓷前驱体的质量比为1∶(9～15)，所述的碳化硅前驱体优选聚碳硅烷，所述超高温陶瓷前驱体为碳化铪前驱体和碳化钽前驱体的复合前驱体，所述复合前驱体中碳化铪前驱体和碳化钽前驱体的质量比为(0.1～5)∶5；所述溶液中还包括溶剂，溶剂优选具有较低表面张力和较高溶解能力的溶液，可以选用二甲苯、甲苯、醇类中的一种或多种，溶剂的质量优选与碳化硅前驱体的质量相等。溶液中的各成分通过加热搅拌混合均匀，优选在20～65℃下搅拌10～30min。
(3)对所述碳纤维毛坯进行热处理，得到碳纤维增强陶瓷基复合材料；其中，所述热处理的温度为1000～1600℃，真空压差为2～10KPa，并通入惰性气体保护。本实施例作为一种优选方案，热处理时温度优选1400℃。
若上述步骤(1)(2)(3)完成后，若碳纤维增强陶瓷基复合材料相比碳纤维预制体的增重质量大于或等于原质量的1％，则重复上述的步骤(1)(2)(3)，直至得到的复合材料增重质量小于原质量的1％。
本实施例还提供一种应用上述方法制备的碳纤维增强陶瓷基复合材料。如图1～4为复合材料风洞考核前后的形貌图，图1为制备的复合材料未烧蚀的图片，图2为该复合材料在2000℃下烧蚀500s的形貌图片，图3为该复合材料2300℃下烧蚀1000s的形貌图片，失重率仅为0.12％。如图4为图3在不同放大比例下的微观形貌，可以看出复合材料表面形成了均匀的玻璃相氧阻挡层，弥补了表面缝隙。
实施例2
本实施例提供了一种碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)使用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍，得到附着有碳化硼胶体的碳纤维预制体；并对碳纤维预制体上附着的碳化硼胶体进行老化，得到初始碳纤维毛坯。
本实施例作为一种优选方案，用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍前，先将所述碳纤维预制体在600～800℃的温度、0.1～1Pa的绝对气压真空度下进行排胶处理；再用含有丙烷、氩气、氮气的气源，在850～1000℃的温度、0.1～0.6L/min的综合气流量下，在所述碳纤维预制体上进行热解碳界面层的制备。用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍时，温度为70℃，相对压力为-0.1MPa，时间为0.5h；对碳纤维预制体上附着的碳化硼胶体进行老化时，温度为80℃，时间为8h。
其中，所述碳化硼胶体的制备包括以下步骤：将含有硼源和碳源的溶质加入溶剂中，形成混合物，溶质和溶剂的质量比为1∶(1～4)；用氨水调节所述混合物的pH为4；蒸发除去所述混合物中的水，直到凝胶混合物表面形成白色泡沫为止，使得所述混合物转化为碳化硼凝胶。本实施例优选硼酸作为硼源，柠檬酸为碳源，硼酸和柠檬酸的质量比为1∶(1～5)，水和乙醇作为溶剂，水和乙醇的质量比为1∶(1～5)。
(2)用使用包括碳化硅前驱体和超高温陶瓷前驱体的前驱体溶液对所述初始碳纤维毛坯进行浸渍，得到附着有前驱体溶液的初始碳纤维毛坯；用快速风干加热设备将所述附着有前驱体溶液的初始碳纤维毛坯加热，使其快速风干，使得附着在初始碳纤维毛坯上的前驱体溶液固化，得到碳纤维毛坯，碳化硅毛坯的坯体表面形成粘结层，阻止内部前驱体流出。
本实施例作为一种优选方案，使用包括碳化硅前驱体和超高温陶瓷前驱体的前驱体溶液对所述初始碳纤维毛坯进行浸渍时，优选真空浸渍，真空度为0.1～1Pa，浸渍40～80min后再通入惰性气体使真空度变为0；浸渍完成后，将附着有前驱体溶液的初始碳纤维毛坯放入固化剂溶液中浸泡5min，然后再在90℃的温度、并通有0.05L/min的氮气气流的条件下加热2h，使得前驱体溶液固化，得到碳纤维毛坯。其中，固化剂溶液优选纯度为80％的二乙烯基苯溶液。
其中，所述包括碳化硅前驱体和超高温陶瓷前驱体的溶液中，所述碳化硅前驱体与超高温陶瓷前驱体的质量比为1∶9，所述的碳化硅前驱体优选聚碳硅烷，所述超高温陶瓷前驱体为碳化铪前驱体和碳化钽前驱体的复合前驱体，所述复合前驱体中碳化铪前驱体和碳化钽前驱体的质量比为0.1∶5；所述溶液中还包括溶剂，溶剂优选具有较低表面张力和较高溶解能力的溶液，可以选用二甲苯、甲苯、醇类中的一种或多种，溶剂的质量优选与碳化硅前驱体的质量相等。溶液中的各成分通过加热搅拌混合均匀，优选在20～65℃下搅拌10～30min。
(3)对所述碳纤维毛坯进行热处理，得到碳纤维增强陶瓷基复合材料；其中，所述热处理的温度为1000℃，真空压差为2～10KPa，并通入惰性气体保护。
若上述步骤(1)(2)(3)完成后，若碳纤维增强陶瓷基复合材料相比碳纤维预制体的增重质量大于或等于原质量的1％，则重复上述的步骤(1)(2)(3)，直至得到的复合材料增重质量小于原质量的1％。
实施例3
本实施例提供了一种碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)使用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍，得到附着有碳化硼胶体的碳纤维预制体；并对碳纤维预制体上附着的碳化硼胶体进行老化，得到初始碳纤维毛坯。
本实施例作为一种优选方案，用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍前，先将所述碳纤维预制体在600～800℃的温度、0.1～1Pa的绝对气压真空度下进行排胶处理；再用含有丙烷、氩气、氮气的气源，在850～1000℃的温度、0.1～0.6L/min的综合气流量下，在所述碳纤维预制体上进行热解碳界面层的制备。用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍时，温度为120℃，相对压力为-0.06MPa，时间为2h；对碳纤维预制体上附着的碳化硼胶体进行老化时，温度为120℃，时间为18h。
其中，所述碳化硼胶体的制备包括以下步骤：将含有硼源和碳源的溶质加入溶剂中，形成混合物，溶质和溶剂的质量比为1∶(1～4)；用氨水调节所述混合物的pH为6；蒸发除去所述混合物中的水，直到凝胶混合物表面形成白色泡沫为止，使得所述混合物转化为碳化硼凝胶。本实施例优选硼酸作为硼源，柠檬酸为碳源，硼酸和柠檬酸的质量比为1∶(1～5)，水和乙醇作为溶剂，水和乙醇的质量比为1∶(1～5)。
(2)用使用包括碳化硅前驱体和超高温陶瓷前驱体的前驱体溶液对所述初始碳纤维毛坯进行浸渍，得到附着有前驱体溶液的初始碳纤维毛坯；用快速风干加热设备将所述附着有前驱体溶液的初始碳纤维毛坯加热，使其快速风干，使得附着在初始碳纤维毛坯上的前驱体溶液固化，得到碳纤维毛坯，碳化硅毛坯的坯体表面形成粘结层，阻止内部前驱体流出。
本实施例作为一种优选方案，使用包括碳化硅前驱体和超高温陶瓷前驱体的前驱体溶液对所述初始碳纤维毛坯进行浸渍时，优选真空浸渍，真空度为0.1～1Pa，浸渍40～80min后再通入惰性气体使真空度变为0；浸渍完成后，将附着有前驱体溶液的初始碳纤维毛坯放入固化剂溶液中浸泡10min，然后再在150℃的温度、并通有0.1L/min的氮气气流的条件下加热3h，使得前驱体溶液固化，得到碳纤维毛坯。其中，固化剂溶液优选纯度为80％的二乙烯基苯溶液。
其中，所述包括碳化硅前驱体和超高温陶瓷前驱体的溶液中，所述碳化硅前驱体与超高温陶瓷前驱体的质量比为1∶15，所述的碳化硅前驱体优选聚碳硅烷，所述超高温陶瓷前驱体为碳化铪前驱体和碳化钽前驱体的复合前驱体，所述复合前驱体中碳化铪前驱体和碳化钽前驱体的质量比为1∶1；所述溶液中还包括溶剂，溶剂优选具有较低表面张力和较高溶解能力的溶液，可以选用二甲苯、甲苯、醇类中的一种或多种，溶剂的质量优选与碳化硅前驱体的质量相等。溶液中的各成分通过加热搅拌混合均匀，优选在20～65℃下搅拌10～30min。
(3)对所述碳纤维毛坯进行热处理，得到碳纤维增强陶瓷基复合材料；其中，所述热处理的温度为1600℃，真空压差为2～10KPa，并通入惰性气体保护。
若上述步骤(1)(2)(3)完成后，若碳纤维增强陶瓷基复合材料相比碳纤维预制体的增重质量大于或等于原质量的1％，则重复上述的步骤(1)(2)(3)，直至得到的复合材料增重质量小于原质量的1％。
对比例
实验1：用实施例1中步骤(1)(2)的方法得到碳纤维毛坯，记作X；
实验2：只用实施例1中步骤(1)的方法对碳纤维预制体进行处理，得到毛坯，记作Y1；
实验3：只用实施例1中步骤(2)的方法对碳纤维预制体进行处理，得到毛坯，记作Y2；
将上述得到的X、Y1、Y2进行热处理，记录能够烧结成功的最低温度，得到数据如下表：
编号 X Y1 Y2
烧结成功的最低温度/℃ 1000 1600 1450
由表可知，本申请可以在更低温度下实现烧结，对碳纤维的损伤更小。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述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，并不使相应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 (6)

1.一种碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
使用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍，得到附着有碳化硼胶体的碳纤维预制体；
对碳纤维预制体上附着的碳化硼胶体进行老化，得到初始碳纤维毛坯；
使用包括碳化硅前驱体和超高温陶瓷前驱体的前驱体溶液对所述初始碳纤维毛坯进行浸渍，得到附着有前驱体溶液的初始碳纤维毛坯；
对所述初始碳纤维毛坯上附着的前驱体溶液进行固化，得到碳纤维毛坯；
对所述碳纤维毛坯进行热处理，得到碳纤维增强陶瓷基复合材料；
其中，对所述碳纤维毛坯进行热处理时，温度为1000~1600℃，并通入惰性气体保护；
所述碳化硅前驱体与超高温陶瓷前驱体的质量比为1∶（9~15），所述超高温陶瓷前驱体为碳化铪前驱体和碳化钽前驱体的复合前驱体，所述复合前驱体中碳化铪前驱体和碳化钽前驱体的质量比为（0.1~5）∶5；
所述碳化硼胶体的制备包括以下步骤：将含有硼源和碳源的溶质加入溶剂中，形成混合物；调节所述混合物的pH为4~6；除去所述混合物中的水，使得所述混合物转化为碳化硼凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
使用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍时，温度为70~120℃，相对压力为-0.1MPa~-0.06MPa，时间为0.5~2h；
和/或，
对碳纤维预制体上附着的碳化硼胶体进行老化时，温度为80~120℃，时间为8~18h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对所述初始碳纤维毛坯上附着的前驱体溶液进行固化前，将所述附着有前驱体溶液的初始碳纤维毛坯放入固化剂溶液中浸泡5~10min，所述固化剂溶液为纯度80％的二乙烯基苯溶液。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对所述初始碳纤维毛坯上附着的前驱体溶液进行固化时，温度为90~150℃，时间为2~3h，并通入惰性气体保护。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，使用碳化硼胶体对碳纤维预制体进行浸渍前，在所述碳纤维预制体上进行热解碳界面层的制备。
6.一种碳纤维增强陶瓷基复合材料，其特征在于，应用权利要求1~5中任一项所述的方法制备。
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