CN116535224A - 一种碳化硅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化硅陶瓷基复合材料及其制备方法，先将碳纤维利用氢氧化钠溶液进行碱处理得到碱处理碳纤维，接着将碱处理碳纤维加入含有1‑烯丙基‑2,3‑二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的银氨溶液中，加入葡萄糖溶液，水浴加热，滤出固体，洗涤至中性，干燥，得到预处理碳纤维；再在预处理碳纤维表面采用射频磁控溅射法依次形成碳化钛层和碳化硅层，得到复合碳纤维，将复合碳纤维编织成碳纤维布；然后采用CVI法在碳纤维布上沉积碳化硅得到碳化硅预制体，致密化，即得。该复合材料具有良好的机械性能和电磁屏蔽性能。
Description
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法。
背景技术
碳化硅作为一种重要的结构陶瓷材料，凭借其优异的高温力学强度、高硬度、高弹性模量、高耐磨性、高导热性、耐腐蚀性等性能，被广泛应用于防弹装甲材料、雷达吸波材料、电磁屏蔽等军事领域中。碳化硅陶瓷基复合材料具有耐高温、抗氧化、抗冲刷、耐腐蚀、高温化学稳定性、热导性能优异、热膨胀系数较低等优点，可以满足1650℃以下长寿命、2000℃以下有限寿命、3000℃以下瞬时寿命的使用要求。
碳化硅陶瓷基复合材料的常见制备工艺包括化学气相沉积法(CVI)、有机前驱体浸渍-裂解法(PIP)和反应熔渗法(RMI)。CVI工艺是将含Si的气态先驱体加热到一定温度并在SiC纤维预制件中分解成SiC基体。CVI和PIP法能在较低的温度下得到碳化硅陶瓷基复合材料，有益于避免高温对纤维的损伤，但材料制备周期长，而且所制备得到的复合材料气孔、裂纹等缺陷较多，材料性能具有一定局限性。RMI法能够在短时间内获得高致密材料，但熔融金属和大块碳源的接触不充分导致最终获得的碳化硅陶瓷基复合材料中存在大量未反应的残余碳和金属，因而在实际应用中，对高温部件不得不采用各种高效气冷结构以及先进热障涂层等措施。如此一来又带来了新问题，采用气冷结构，一方面减少了较多的燃烧空气，降低了发动机的燃烧效率；另一方面，使部件结构设计复杂化，不仅增加了设计、加工的难度，而且也增加了研制和使用费用。
近年来，碳化硅陶瓷基复合材料的电磁屏蔽性能也颇受重视，具有良好电磁屏蔽效果的碳化硅陶瓷基复合材料在军事领域具有非常重要的意义。已有报道将碳化硅纳米线、碳纳米管等引入碳化硅陶瓷基复合材料中，从而改善复合材料的电磁屏蔽性能，这些技术都是通过引入导电性强的纳米相来改善复合材料的电磁屏蔽性能。但是，纳米相在体系中的分散性、稳定性都不够好，影响进一步产业化。
专利申请CN108164266A公开了一种多元碳化硅陶瓷基复合材料，是以碳化硅、高岭土、铝土矿等为原料制成，该专利技术所得复合材料的力学性能不够理想，也不具备电磁屏蔽作用。
专利申请CN107382324A公开了一种碳化硅陶瓷基复合材料，其制备的原材料包括：碳化硅原始粉末、成型剂、第二相物质和第三相物质；其中，成型剂的加入量为碳化硅原始粉末的5％-10％；第二相物质和第三相物质的加入量之和与碳化硅原始粉末的重量比为0.2-1；原材料的元素包括碳、硅、氢以及选自锂、铍、硼、氮、氧、铝、钛、铁中的2-4种元素。该专利技术主要增强复合材料的机械加工性能，并未对电磁屏蔽性能进行改善提升。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法，具有良好的机械性能和电磁屏蔽性能，可广泛应用于军事领域。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)先将碳纤维利用氢氧化钠溶液进行碱处理得到碱处理碳纤维，接着将碱处理碳纤维加入含有1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的银氨溶液中，加入葡萄糖溶液，水浴加热，滤出固体，洗涤至中性，干燥，得到预处理碳纤维；
(2)再在预处理碳纤维表面采用射频磁控溅射法依次形成碳化钛层和碳化硅层，得到复合碳纤维，将复合碳纤维编织成碳纤维布；
(3)然后采用CVI法在碳纤维布上沉积碳化硅得到碳化硅预制体，致密化，即得一种碳化硅陶瓷基复合材料。
优选的，步骤(1)中，碱处理的具体方法为：将碳纤维加入其6～8倍重量的氢氧化钠溶液中，300～400W超声波振荡处理1～2小时，滤出后用去离子水冲洗2～3次即可；氢氧化钠溶液的质量浓度为20～30％。
优选的，步骤(1)中，所述银氨溶液是通过以下方法制备得到的：向0.1～0.2mol/L硝酸银溶液中逐滴滴加质量浓度2～3％氨水溶液，出现棕色沉淀后，再继续滴加氨水溶液直至沉淀消失，滴加1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐，搅拌混匀，得到银氨溶液；其中，1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的用量分别为硝酸银溶液摩尔量的2％、1％。
优选的，步骤(1)中，葡萄糖溶液的体积为银氨溶液体积的2倍，浓度为银氨溶液浓度的0.5～1倍。
优选的，步骤(1)中，水浴加热的工艺条件为：50～60℃水浴加热90～100分钟。
优选的，步骤(2)中，碳化钛层的工艺条件为：溅射前真空度为1.0×10-3～1.0×10-4Pa，射频溅射功率为800～1000W，沉积时间为100～120min，靶和预处理碳纤维之间的距离为60～80mm，氩气流量为30～50sccm。
优选的，步骤(2)中，碳化硅层的工艺条件为：溅射前真空度为1.0×10-3～1.0×10-4Pa，射频溅射功率为1000～1200W，沉积时间为50～70min，靶和预处理碳纤维之间的距离为60～80mm，氩气流量为30～50sccm。
优选的，步骤(2)中，碳纤维布的编织方法为：将单层0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加若干层，采用接力式针刺方法编织得到密度为0.3～0.4g/cm3碳纤维布。
优选的，步骤(3)中，CVI法的具体工艺条件为：温度1000～1100℃，时间90～110h，气氛压力为3～4kPa，H2流量250～350mL·min-1，Ar流量300～350mL·min-1，三氯甲基硅烷温度35～40℃，H2与三氯甲基硅烷的摩尔质量比为8～10：1。
优选的，步骤(3)中，采用熔融渗硅法实现致密化，具体方法为：置于真空反应烧结炉中，底部铺与碳化硅预制体等质量的硅粒，熔融渗硅温度为1700～1800℃，氩气保护，致密化处理时间为100～120分钟。
一种碳化硅陶瓷基复合材料，是通过上述制备方法得到的。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明先将碳纤维利用氢氧化钠溶液进行碱处理得到碱处理碳纤维，接着将碱处理碳纤维加入含有1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的银氨溶液中，加入葡萄糖溶液，水浴加热，滤出固体，洗涤至中性，干燥，得到预处理碳纤维；再在预处理碳纤维表面采用射频磁控溅射法依次形成碳化钛层和碳化硅层，得到复合碳纤维，将复合碳纤维编织成碳纤维布；然后采用CVI法在碳纤维布上沉积碳化硅得到碳化硅预制体，致密化，得到一种碳化硅陶瓷基复合材料。该复合材料具有良好的机械性能和电磁屏蔽性能。
本发明通过CVI法结合熔融渗硅法致密化，生产周期较短，成本较低，具有应用推广前景。
本发明主要通过碳纤维布实现对复合材料机械性能和电磁屏蔽性能的改善，碳纤维布是利用复合碳纤维编织而成。复合碳纤维主要包括碳纤维、纳米银、碳化钛、碳化硅这几部分，协同作用，对电磁能流进行反射、吸收和引导，从而起到良好的电磁屏蔽效果；同时，起到增强作用，改善机械性能。
在银氨溶液中还加入了1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐，在这两种离子液体的共同作用下，改善碳纤维的分散性，保证碳纤维处理效果，使得碳纤维表面均匀沉积纳米银，有效改善产品的机械性能和电磁屏蔽性能。
复合碳纤维的最外层是碳化硅层，有效改善了碳纤维部分与碳化硅的结合性，从而保证产品具有良好的机械性能和电磁屏蔽性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如无特殊说明外，本发明中所有商品均通过市场渠道购买。
实施例1
一种碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)先将碳纤维利用氢氧化钠溶液进行碱处理得到碱处理碳纤维，接着将碱处理碳纤维加入含有1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的银氨溶液中，加入葡萄糖溶液，水浴加热，滤出固体，洗涤至中性，干燥，得到预处理碳纤维；
(2)再在预处理碳纤维表面采用射频磁控溅射法依次形成碳化钛层和碳化硅层，得到复合碳纤维，将复合碳纤维编织成碳纤维布；
(3)然后采用CVI法在碳纤维布上沉积碳化硅得到碳化硅预制体，致密化，即得一种碳化硅陶瓷基复合材料。
其中，步骤(1)中，碱处理的具体方法为：将碳纤维加入其6倍重量的氢氧化钠溶液中，300W超声波振荡处理1小时，滤出后用去离子水冲洗2次即可；氢氧化钠溶液的质量浓度为20％。
步骤(1)中，所述银氨溶液是通过以下方法制备得到的：向0.1mol/L硝酸银溶液中逐滴滴加质量浓度2％氨水溶液，出现棕色沉淀后，再继续滴加氨水溶液直至沉淀消失，滴加1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐，搅拌混匀，得到银氨溶液；其中，1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的用量分别为硝酸银溶液摩尔量的2％、1％。
步骤(1)中，葡萄糖溶液的体积为银氨溶液体积的2倍，浓度为银氨溶液浓度的0.5倍。
步骤(1)中，水浴加热的工艺条件为：50℃水浴加热90分钟。
步骤(2)中，碳化钛层的工艺条件为：溅射前真空度为1.0×10-3Pa，射频溅射功率为800W，沉积时间为100min，靶和预处理碳纤维之间的距离为60mm，氩气流量为30sccm。
步骤(2)中，碳化硅层的工艺条件为：溅射前真空度为1.0×10-3Pa，射频溅射功率为1000W，沉积时间为50min，靶和预处理碳纤维之间的距离为60mm，氩气流量为30sccm。
步骤(2)中，碳纤维布的编织方法为：将单层0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加若干层，采用接力式针刺方法编织得到密度为0.3g/cm3碳纤维布。
步骤(3)中，CVI法的具体工艺条件为：温度1000℃，时间90h，气氛压力为3kPa，H2流量250mL·min-1，Ar流量300mL·min-1，三氯甲基硅烷温度35℃，H2与三氯甲基硅烷的摩尔质量比为8：1。
步骤(3)中，采用熔融渗硅法实现致密化，具体方法为：置于真空反应烧结炉中，底部铺与碳化硅预制体等质量的硅粒，熔融渗硅温度为1700℃，氩气保护，致密化处理时间为100分钟。
实施例2
一种碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)先将碳纤维利用氢氧化钠溶液进行碱处理得到碱处理碳纤维，接着将碱处理碳纤维加入含有1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的银氨溶液中，加入葡萄糖溶液，水浴加热，滤出固体，洗涤至中性，干燥，得到预处理碳纤维；
(2)再在预处理碳纤维表面采用射频磁控溅射法依次形成碳化钛层和碳化硅层，得到复合碳纤维，将复合碳纤维编织成碳纤维布；
(3)然后采用CVI法在碳纤维布上沉积碳化硅得到碳化硅预制体，致密化，即得一种碳化硅陶瓷基复合材料。
其中，步骤(1)中，碱处理的具体方法为：将碳纤维加入其8倍重量的氢氧化钠溶液中，400W超声波振荡处理2小时，滤出后用去离子水冲洗3次即可；氢氧化钠溶液的质量浓度为30％。
步骤(1)中，所述银氨溶液是通过以下方法制备得到的：向0.2mol/L硝酸银溶液中逐滴滴加质量浓度3％氨水溶液，出现棕色沉淀后，再继续滴加氨水溶液直至沉淀消失，滴加1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐，搅拌混匀，得到银氨溶液；其中，1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的用量分别为硝酸银溶液摩尔量的2％、1％。
步骤(1)中，葡萄糖溶液的体积为银氨溶液体积的2倍，浓度为银氨溶液浓度的1倍。
步骤(1)中，水浴加热的工艺条件为：60℃水浴加热100分钟。
步骤(2)中，碳化钛层的工艺条件为：溅射前真空度为1.0×10-4Pa，射频溅射功率为1000W，沉积时间为120min，靶和预处理碳纤维之间的距离为80mm，氩气流量为50sccm。
步骤(2)中，碳化硅层的工艺条件为：溅射前真空度为1.0×10-4Pa，射频溅射功率为1200W，沉积时间为70min，靶和预处理碳纤维之间的距离为80mm，氩气流量为50sccm。
步骤(2)中，碳纤维布的编织方法为：将单层0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加若干层，采用接力式针刺方法编织得到密度为0.4g/cm3碳纤维布。
步骤(3)中，CVI法的具体工艺条件为：温度1100℃，时间110h，气氛压力为4kPa，H2流量350mL·min-1，Ar流量350mL·min-1，三氯甲基硅烷温度40℃，H2与三氯甲基硅烷的摩尔质量比为10：1。
步骤(3)中，采用熔融渗硅法实现致密化，具体方法为：置于真空反应烧结炉中，底部铺与碳化硅预制体等质量的硅粒，熔融渗硅温度为1800℃，氩气保护，致密化处理时间为120分钟。
实施例3
一种碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)先将碳纤维利用氢氧化钠溶液进行碱处理得到碱处理碳纤维，接着将碱处理碳纤维加入含有1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的银氨溶液中，加入葡萄糖溶液，水浴加热，滤出固体，洗涤至中性，干燥，得到预处理碳纤维；
(2)再在预处理碳纤维表面采用射频磁控溅射法依次形成碳化钛层和碳化硅层，得到复合碳纤维，将复合碳纤维编织成碳纤维布；
(3)然后采用CVI法在碳纤维布上沉积碳化硅得到碳化硅预制体，致密化，即得一种碳化硅陶瓷基复合材料。
其中，步骤(1)中，碱处理的具体方法为：将碳纤维加入其6倍重量的氢氧化钠溶液中，400W超声波振荡处理1小时，滤出后用去离子水冲洗3次即可；氢氧化钠溶液的质量浓度为20％。
步骤(1)中，所述银氨溶液是通过以下方法制备得到的：向0.2mol/L硝酸银溶液中逐滴滴加质量浓度2％氨水溶液，出现棕色沉淀后，再继续滴加氨水溶液直至沉淀消失，滴加1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐，搅拌混匀，得到银氨溶液；其中，1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的用量分别为硝酸银溶液摩尔量的2％、1％。
步骤(1)中，葡萄糖溶液的体积为银氨溶液体积的2倍，浓度为银氨溶液浓度的1倍。
步骤(1)中，水浴加热的工艺条件为：50℃水浴加热100分钟。
步骤(2)中，碳化钛层的工艺条件为：溅射前真空度为1.0×10-3Pa，射频溅射功率为1000W，沉积时间为100min，靶和预处理碳纤维之间的距离为80mm，氩气流量为30sccm。
步骤(2)中，碳化硅层的工艺条件为：溅射前真空度为1.0×10-4Pa，射频溅射功率为1000W，沉积时间为70min，靶和预处理碳纤维之间的距离为60mm，氩气流量为50sccm。
步骤(2)中，碳纤维布的编织方法为：将单层0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加若干层，采用接力式针刺方法编织得到密度为0.3g/cm3碳纤维布。
步骤(3)中，CVI法的具体工艺条件为：温度1100℃，时间90h，气氛压力为4kPa，H2流量250mL·min-1，Ar流量350mL·min-1，三氯甲基硅烷温度35℃，H2与三氯甲基硅烷的摩尔质量比为10：1。
步骤(3)中，采用熔融渗硅法实现致密化，具体方法为：置于真空反应烧结炉中，底部铺与碳化硅预制体等质量的硅粒，熔融渗硅温度为1700℃，氩气保护，致密化处理时间为120分钟。
实施例4
一种碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)先将碳纤维利用氢氧化钠溶液进行碱处理得到碱处理碳纤维，接着将碱处理碳纤维加入含有1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的银氨溶液中，加入葡萄糖溶液，水浴加热，滤出固体，洗涤至中性，干燥，得到预处理碳纤维；
(2)再在预处理碳纤维表面采用射频磁控溅射法依次形成碳化钛层和碳化硅层，得到复合碳纤维，将复合碳纤维编织成碳纤维布；
(3)然后采用CVI法在碳纤维布上沉积碳化硅得到碳化硅预制体，致密化，即得一种碳化硅陶瓷基复合材料。
其中，步骤(1)中，碱处理的具体方法为：将碳纤维加入其7倍重量的氢氧化钠溶液中，400W超声波振荡处理1.5小时，滤出后用去离子水冲洗3次即可；氢氧化钠溶液的质量浓度为25％。
步骤(1)中，所述银氨溶液是通过以下方法制备得到的：向0.15mol/L硝酸银溶液中逐滴滴加质量浓度2.5％氨水溶液，出现棕色沉淀后，再继续滴加氨水溶液直至沉淀消失，滴加1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐，搅拌混匀，得到银氨溶液；其中，1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的用量分别为硝酸银溶液摩尔量的2％、1％。
步骤(1)中，葡萄糖溶液的体积为银氨溶液体积的2倍，浓度为银氨溶液浓度的0.8倍。
步骤(1)中，水浴加热的工艺条件为：55℃水浴加热95分钟。
步骤(2)中，碳化钛层的工艺条件为：溅射前真空度为1.0×10-4Pa，射频溅射功率为900W，沉积时间为110min，靶和预处理碳纤维之间的距离为70mm，氩气流量为40sccm。
步骤(2)中，碳化硅层的工艺条件为：溅射前真空度为1.0×10-4Pa，射频溅射功率为1100W，沉积时间为60min，靶和预处理碳纤维之间的距离为70mm，氩气流量为40sccm。
步骤(2)中，碳纤维布的编织方法为：将单层0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加若干层，采用接力式针刺方法编织得到密度为0.4g/cm3碳纤维布。
步骤(3)中，CVI法的具体工艺条件为：温度1050℃，时间100h，气氛压力为3.5kPa，H2流量300mL·min-1，Ar流量320mL·min-1，三氯甲基硅烷温度38℃，H2与三氯甲基硅烷的摩尔质量比为9：1。
步骤(3)中，采用熔融渗硅法实现致密化，具体方法为：置于真空反应烧结炉中，底部铺与碳化硅预制体等质量的硅粒，熔融渗硅温度为1750℃，氩气保护，致密化处理时间为110分钟。
对比例1
一种碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)先将碳纤维利用氢氧化钠溶液进行碱处理得到碱处理碳纤维，接着将碱处理碳纤维加入含有1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐的银氨溶液中，加入葡萄糖溶液，水浴加热，滤出固体，洗涤至中性，干燥，得到预处理碳纤维；
(2)再在预处理碳纤维表面采用射频磁控溅射法依次形成碳化钛层和碳化硅层，得到复合碳纤维，将复合碳纤维编织成碳纤维布；
(3)然后采用CVI法在碳纤维布上沉积碳化硅得到碳化硅预制体，致密化，即得一种碳化硅陶瓷基复合材料。
其中，步骤(1)中，碱处理的具体方法为：将碳纤维加入其6倍重量的氢氧化钠溶液中，300W超声波振荡处理1小时，滤出后用去离子水冲洗2次即可；氢氧化钠溶液的质量浓度为20％。
步骤(1)中，所述银氨溶液是通过以下方法制备得到的：向0.1mol/L硝酸银溶液中逐滴滴加质量浓度2％氨水溶液，出现棕色沉淀后，再继续滴加氨水溶液直至沉淀消失，滴加1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐，搅拌混匀，得到银氨溶液；其中，1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐的用量为硝酸银溶液摩尔量的2％。
步骤(1)中，葡萄糖溶液的体积为银氨溶液体积的2倍，浓度为银氨溶液浓度的0.5倍。
步骤(1)中，水浴加热的工艺条件为：50℃水浴加热90分钟。
步骤(2)中，碳化钛层的工艺条件为：溅射前真空度为1.0×10-3Pa，射频溅射功率为800W，沉积时间为100min，靶和预处理碳纤维之间的距离为60mm，氩气流量为30sccm。
步骤(2)中，碳化硅层的工艺条件为：溅射前真空度为1.0×10-3Pa，射频溅射功率为1000W，沉积时间为50min，靶和预处理碳纤维之间的距离为60mm，氩气流量为30sccm。
步骤(2)中，碳纤维布的编织方法为：将单层0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加若干层，采用接力式针刺方法编织得到密度为0.3g/cm3碳纤维布。
步骤(3)中，CVI法的具体工艺条件为：温度1000℃，时间90h，气氛压力为3kPa，H2流量250mL·min-1，Ar流量300mL·min-1，三氯甲基硅烷温度35℃，H2与三氯甲基硅烷的摩尔质量比为8：1。
步骤(3)中，采用熔融渗硅法实现致密化，具体方法为：置于真空反应烧结炉中，底部铺与碳化硅预制体等质量的硅粒，熔融渗硅温度为1700℃，氩气保护，致密化处理时间为100分钟。
对比例2
一种碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)先将碳纤维利用氢氧化钠溶液进行碱处理得到碱处理碳纤维，接着将碱处理碳纤维加入含有1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的银氨溶液中，加入葡萄糖溶液，水浴加热，滤出固体，洗涤至中性，干燥，得到预处理碳纤维；
(2)再在预处理碳纤维表面采用射频磁控溅射法依次形成碳化硅层，得到复合碳纤维，将复合碳纤维编织成碳纤维布；
(3)然后采用CVI法在碳纤维布上沉积碳化硅得到碳化硅预制体，致密化，即得一种碳化硅陶瓷基复合材料。
其中，步骤(1)中，碱处理的具体方法为：将碳纤维加入其6倍重量的氢氧化钠溶液中，300W超声波振荡处理1小时，滤出后用去离子水冲洗2次即可；氢氧化钠溶液的质量浓度为20％。
步骤(1)中，所述银氨溶液是通过以下方法制备得到的：向0.1mol/L硝酸银溶液中逐滴滴加质量浓度2％氨水溶液，出现棕色沉淀后，再继续滴加氨水溶液直至沉淀消失，滴加1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐，搅拌混匀，得到银氨溶液；其中，1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的用量分别为硝酸银溶液摩尔量的2％、1％。
步骤(1)中，葡萄糖溶液的体积为银氨溶液体积的2倍，浓度为银氨溶液浓度的0.5倍。
步骤(1)中，水浴加热的工艺条件为：50℃水浴加热90分钟。
步骤(2)中，碳化硅层的工艺条件为：溅射前真空度为1.0×10-3Pa，射频溅射功率为1000W，沉积时间为50min，靶和预处理碳纤维之间的距离为60mm，氩气流量为30sccm。
步骤(2)中，碳纤维布的编织方法为：将单层0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加若干层，采用接力式针刺方法编织得到密度为0.3g/cm3碳纤维布。
步骤(3)中，CVI法的具体工艺条件为：温度1000℃，时间90h，气氛压力为3kPa，H2流量250mL·min-1，Ar流量300mL·min-1，三氯甲基硅烷温度35℃，H2与三氯甲基硅烷的摩尔质量比为8：1。
步骤(3)中，采用熔融渗硅法实现致密化，具体方法为：置于真空反应烧结炉中，底部铺与碳化硅预制体等质量的硅粒，熔融渗硅温度为1700℃，氩气保护，致密化处理时间为100分钟。
试验例
分别对实施例1～4和对比例1、2所得复合材料的机械性能和电磁屏蔽性能进行考察，具体方法如下：
1、机械性能：使用电子万能试验机对复合材料的抗弯强度、断裂韧性进行测试。
2、电磁屏蔽性能：参考IEC/TR 62153-4-1：2007，在2-18GHz频率范围内进行检测，确定最大屏蔽效能。
3、抗高温效果：将复合材料在2000℃处理30分钟，再次测试机械性能和电磁屏蔽性能。
测试结果见表1。
表1.复合材料的性能考察
由表1可知，实施例1～4所得复合材料具有优异的机械性能和电磁屏蔽性能，高温处理后仍有良好的机械性能和电磁屏蔽性能，说明该复合材料具有良好的抗高温效果。
对比例1在制备银氨溶液时略去乙基三苯基膦四氟硼酸盐，对比例2在制备复合碳纤维时略去碳化钛层，机械性能、电磁屏蔽性能和抗高温效果均明显变差，说明制备过程中物料的均匀分散以及碳纤维表面碳化钛层的形成有利于进一步改善复合材料的机械性能、电磁屏蔽性能和抗高温效果。
本发明通过上述实施例来说明本发明的技术构思，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品个别原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）先将碳纤维利用氢氧化钠溶液进行碱处理得到碱处理碳纤维，接着将碱处理碳纤维加入含有1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的银氨溶液中，加入葡萄糖溶液，水浴加热，滤出固体，洗涤至中性，干燥，得到预处理碳纤维；
（2）再在预处理碳纤维表面采用射频磁控溅射法依次形成碳化钛层和碳化硅层，得到复合碳纤维，将复合碳纤维编织成碳纤维布；
（3）然后采用CVI法在碳纤维布上沉积碳化硅得到碳化硅预制体，致密化，即得一种碳化硅陶瓷基复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，碱处理的具体方法为：将碳纤维加入其6～8倍重量的氢氧化钠溶液中，300～400W超声波振荡处理1～2小时，滤出后用去离子水冲洗2～3次即可；氢氧化钠溶液的质量浓度为20～30%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述银氨溶液是通过以下方法制备得到的：向0.1～0.2mol/L硝酸银溶液中逐滴滴加质量浓度2～3%氨水溶液，出现棕色沉淀后，再继续滴加氨水溶液直至沉淀消失，滴加1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐，搅拌混匀，得到银氨溶液；其中，1-烯丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和乙基三苯基膦四氟硼酸盐的用量分别为硝酸银溶液摩尔量的2%、1%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，葡萄糖溶液的体积为银氨溶液体积的2倍，浓度为银氨溶液浓度的0.5～1倍。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，水浴加热的工艺条件为：50～60℃水浴加热90～100分钟。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，碳化钛层的工艺条件为：溅射前真空度为1.0×10-3～1.0×10-4Pa，射频溅射功率为800～1000W，沉积时间为100～120min，靶和预处理碳纤维之间的距离为60～80mm，氩气流量为30～50sccm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，碳化硅层的工艺条件为：溅射前真空度为1.0×10-3～1.0×10-4Pa，射频溅射功率为1000～1200W，沉积时间为50～70min，靶和预处理碳纤维之间的距离为60～80mm，氩气流量为30～50sccm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，碳纤维布的编织方法为：将单层 0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加若干层，采用接力式针刺方法编织得到密度为 0.3～0.4g/cm3碳纤维布。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，CVI法的具体工艺条件为：温度1000～1100℃，时间90～110h，气氛压力为3～4kPa，H2流量250～350mL·min-1，Ar流量300～350mL·min-1，三氯甲基硅烷温度35～40℃，H2与三氯甲基硅烷的摩尔质量比为8～10：1；
步骤（3）中，采用熔融渗硅法实现致密化，具体方法为：置于真空反应烧结炉中，底部铺与碳化硅预制体等质量的硅粒，熔融渗硅温度为1700～1800℃，氩气保护，致密化处理时间为100～120分钟。
10.一种碳化硅陶瓷基复合材料，其特征在于，是通过权利要求1～9中任一项所述制备方法得到的。
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Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0400560A1 (en) * | 1989-05-31 | 1990-12-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of producing high density fiber reinforced composite material |
| CN101403183A (zh) * | 2008-11-13 | 2009-04-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种碳纤维表面改性方法 |
| CN103971943A (zh) * | 2013-01-28 | 2014-08-06 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 石墨烯-离子液体复合材料及超级电容器的制备方法 |
| CN106483172A (zh) * | 2016-09-22 | 2017-03-08 | 华中科技大学 | 利用离子液体电沉积石墨烯/碳纤维的方法及产物与应用 |
| WO2017128929A1 (zh) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | 复旦大学 | 一种制备石墨烯分散液的方法及其制品 |
| CN107299406A (zh) * | 2017-08-17 | 2017-10-27 | 西南科技大学 | 聚苯乙烯‑聚多巴氨复合薄膜纤维的制备方法 |
| CN107723660A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-23 | 中南大学 | 一种bn/碳化物涂层复合碳纤维电磁屏蔽材料及其制备方法 |
| CN109467450A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-03-15 | 湖南博翔新材料有限公司 | 一种含Ti3SiC2界面层的SiCf/SiC复合材料的制备方法 |
| CN109721377A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-05-07 | 湖南兴晟新材料科技有限公司 | 碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法 |
| CN110903607A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-03-24 | 西安电子科技大学 | 基于镀银碳纤维的电磁屏蔽复合材料的制备方法 |
| CN111534049A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-08-14 | 杭州幄肯新材料科技有限公司 | 一种高导热导电碳纤维聚合物基复合材料及其制备方法 |
| CN113265908A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-08-17 | 上海大学 | 利用导电纳米纤维构筑的柔性复合电磁屏蔽薄膜及其制备方法 |
| CN113463246A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-10-01 | 上海大学绍兴研究院 | 一种碳纤维预制体及其制备方法和碳纤维预制体的致密化方法 |
| CN113773098A (zh) * | 2020-06-09 | 2021-12-10 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种高电磁波屏蔽碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法 |
| CN114773814A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-07-22 | 新阳科技集团有限公司 | 玻璃钢管道用不饱和聚酯树脂材料及其制备方法 |
| CN115928043A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-04-07 | 武汉理工大学 | 一种石墨烯/碳化硅复合材料及其制备方法与在电磁屏蔽设备中的应用 |
-
2023
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Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0400560A1 (en) * | 1989-05-31 | 1990-12-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of producing high density fiber reinforced composite material |
| CN101403183A (zh) * | 2008-11-13 | 2009-04-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种碳纤维表面改性方法 |
| CN103971943A (zh) * | 2013-01-28 | 2014-08-06 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 石墨烯-离子液体复合材料及超级电容器的制备方法 |
| WO2017128929A1 (zh) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | 复旦大学 | 一种制备石墨烯分散液的方法及其制品 |
| CN106483172A (zh) * | 2016-09-22 | 2017-03-08 | 华中科技大学 | 利用离子液体电沉积石墨烯/碳纤维的方法及产物与应用 |
| CN107299406A (zh) * | 2017-08-17 | 2017-10-27 | 西南科技大学 | 聚苯乙烯‑聚多巴氨复合薄膜纤维的制备方法 |
| CN107723660A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-23 | 中南大学 | 一种bn/碳化物涂层复合碳纤维电磁屏蔽材料及其制备方法 |
| CN109467450A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-03-15 | 湖南博翔新材料有限公司 | 一种含Ti3SiC2界面层的SiCf/SiC复合材料的制备方法 |
| CN109721377A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-05-07 | 湖南兴晟新材料科技有限公司 | 碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法 |
| CN110903607A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-03-24 | 西安电子科技大学 | 基于镀银碳纤维的电磁屏蔽复合材料的制备方法 |
| CN111534049A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-08-14 | 杭州幄肯新材料科技有限公司 | 一种高导热导电碳纤维聚合物基复合材料及其制备方法 |
| CN113773098A (zh) * | 2020-06-09 | 2021-12-10 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种高电磁波屏蔽碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法 |
| CN113265908A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-08-17 | 上海大学 | 利用导电纳米纤维构筑的柔性复合电磁屏蔽薄膜及其制备方法 |
| CN113463246A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-10-01 | 上海大学绍兴研究院 | 一种碳纤维预制体及其制备方法和碳纤维预制体的致密化方法 |
| CN114773814A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-07-22 | 新阳科技集团有限公司 | 玻璃钢管道用不饱和聚酯树脂材料及其制备方法 |
| CN115928043A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-04-07 | 武汉理工大学 | 一种石墨烯/碳化硅复合材料及其制备方法与在电磁屏蔽设备中的应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JUNJIE QIAN等: "Synthesis and tunable electromagnetic shielding and absorption performance of the three-dimensional SiC nanowires/carbon fiber composites", JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY, vol. 42, pages 4154, XP087041601, DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2022.03.058 * |
| LINGQI CHEN等: "Mechanical and electromagnetic shielding properties of carbon fiber reinforced silicon carbide matrix composites", CARBON, vol. 95, pages 10 - 19 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116535224B (zh) | 2023-10-20 |
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