CN117003572B - 一种沉积PyC/SiC界面相的制备方法、陶瓷基复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种沉积PyC/SiC界面相的制备方法，包括以下步骤：S1、将碳纤维预制体置于化学气相沉积炉中，抽真空，在氮气保护下提升温度至950‑1000℃，并控制压力为5‑10kPa，通入丙烯，沉积30min‑2h，关闭丙烯的通入路径，完成PyC的沉积；S2、在步骤S1的基础上，继续将温度提升至1300‑1500℃，并控制压力为3‑10kPa，通入甲基三氯硅烷(MTS)和氢气，沉积10min‑1h，关闭甲基三氯硅烷和氢气的通入路径，完成SiC的沉积，降温并将压力升至常压，得到PyC/SiC界面相。本发明的制备方法解决了目前制备的PyC/SiC多层界面相无法均匀沉积的问题。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷基复合材料制备技术领域，具体涉及一种沉积PyC/SiC界面相的制备方法、陶瓷基复合材料。
背景技术
连续纤维增强陶瓷基复合材料具有低密度、耐化学腐蚀、高比强度、高比模量、优良的热稳定性能，目前在航空、航天、核能等领域应用广泛。目前常用的陶瓷基复合材料中虽也含有纤维增强体，但仍存在韧性较低的问题，目前常用在复合材料上增加界面相来解决该问题。以典型的SiCf/SiC陶瓷基复合材料为例，通过设计适宜的界面相能够有效阻止贯穿性裂纹的出现，按照力学熔断机理，界面相脱粘能小于纤维破坏能的1/4可以有效促使微裂纹发生偏转，提高微裂纹密度，进而保证了SiCf/SiC陶瓷基复合材料的损伤容限设计有效；同时在服役环境中界面相还需具有能有效减缓氧气扩散的性能，提高其高温氧化性，才可有效保护纤维。
陶瓷基复合材料的界面相主要有弱界面、层状晶体界面、(X/Y)n多层界面和多孔材料界面。而对于SiCf/SiC陶瓷基复合材料而言，应用较多的是PyC界面、BN界面、(PyC/SiC)n复合界面、(BN/SiC)n复合界面等界面。其中，PyC界面和BN界面因具有具有取向性层状结构，裂纹扩展至此类界面相时将会在界面相层间发生偏转，继而在各层间传播，可消耗大量断裂能进而起到增韧的作用。
然而，PyC界面受限于化学气相渗透工艺条件很难制备出高织构结构，但目前只有高织构才具有层状结构，才能有效发挥出界面相的作用。即使制备出高织构的PyC界面，PyC界面也还存在抗氧化性差的缺点，其在370℃便开始氧化，500℃严重氧化，氧化后生成CO挥发掉，造成纤维和基体之间界面相的缺失，使得纤维基体之间结合过强，材料脆性断裂。而BN界面相虽然比PyC界面的抗氧化性能好，但是很难获得层状结构，无法有效发挥界面相的作用。现也有设计(PyC/SiC)n作为复合界面相的方案，但化学气相渗透法中多层界面相的沉积难以控制沉积的均匀性，得到的界面相也无法也有效提升陶瓷基复合材料的力学性能和服役性能。
有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种沉积PyC/SiC界面相的制备方法，以解决目前化学气相渗透法中PyC/SiC多层界面相无法均匀沉积，无法有效提升陶瓷基复合材料力学性能和服役性能的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种沉积PyC/SiC界面相的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳纤维预制体置于化学气相沉积炉中，抽真空，在氮气保护下提升温度至950-1000℃，并控制压力为5-10kPa，通入丙烯，沉积30min-2h，关闭丙烯的通入路径，完成PyC的沉积；
S2、在步骤S1的基础上，继续将温度提升至1300-1500℃，并控制压力为3-10kPa，通入甲基三氯硅烷和氢气，沉积10min-1h，关闭甲基三氯硅烷和氢气的通入路径，完成SiC的沉积，降温并将压力升至常压，得到PyC/SiC界面相。
优选的，所述碳纤维预制体包括针刺碳毡、2.5D编织体、缝合预制体、碳纤维束中的至少一种。
优选的，步骤S1中，丙烯在碳纤维预制体上的滞留时间为0.5s-1s。
优选的，步骤S1中，沉积的PyC的构型为中织构、中高织构或者高织构。
优选的，沉积得到的单层PyC的厚度为350～400nm。
优选的，步骤S2中，甲基三氯硅烷、氢气和氮气通入的流量比为1:(5～10):(5～10)。
优选的，步骤S2中，沉积得到的SiC中Si与C的原子比为1:(0.95～1.05)；沉积得到的单层SiC的厚度为300～400nm。
优选的，步骤S2中的沉积压力大于步骤S1中的沉积压力，步骤S2中的沉积时间小于步骤S1中的沉积时间。
优选的，PyC/SiC界面相为(PyC/SiC)n界面相，n＝1或2；当n＝2时，依次重复PyC界面相和SiC界面相的沉积。
本发明的目的之二在于：提供一种陶瓷基复合材料，包括PyC/SiC界面相，所述PyC/SiC界面相由上述任一项所述的制备方法制得。
本发明的有益效果在于：本发明提供的制备方法，先控制在上述条件下沉积PyC层，通过温度、压力和沉积时间的配合，可在碳纤维预制体上沉积均匀的PyC层，该沉积的PyC层一方面具有层状结构，能有效发挥界面相的作用；另一方面为SiC的沉积提供较为平整的沉积面，以利于SiC层的均匀沉积；然后再在提升温度，同时调控压力和沉积时间，在PyC层上沉积得到SiC层，均匀沉积的SiC层弥补了PyC界面相氧化性弱的缺陷，由此得到的PyC/SiC界面相不仅能发挥PyC界面层状结构的优势，又能通过SiC的高温抗氧化性能保护纤维，解决了目前化学气相渗透法中PyC/SiC多层界面相无法均匀沉积，无法有效提升陶瓷基复合材料力学性能和服役性能的问题。
附图说明
图1为本发明PyC界面相的微观形貌图。
图2为本发明PyC/SiC/PyC/SiC界面相的微观形貌图。
具体实施方式
化学气相渗透(CVD)工艺制备纤维涂层是将几种气态物质输送至加热的纤维表面并在该处发生化学反应，反应物沉积于纤维表面形成涂层的方法。它是目前最常用的纤维表面涂层制备方法，所需设备简单；涂层厚度可以从数纳米至数微米，可以一次性制得纳米级厚度的、不同材料叠层结构的复合涂层。CVD工艺涉及到气体扩散传输和反应控制，对于制备多层界面时，当反应条件调控不符时，无法在多尺度纤维预制体内获得均匀的界面相，而不均匀的界面相难以发挥其作用，无法改善陶瓷基复合材料的力学性能和服役性能。
基于此，本发明第一方面旨在提供一种沉积PyC/SiC界面相的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳纤维预制体置于化学气相沉积炉中，抽真空，在氮气保护下提升温度至950-1000℃，并控制压力为5-10kPa，通入丙烯，沉积30min-2h，关闭丙烯的通入路径，完成PyC的沉积；
S2、在步骤S1的基础上，继续将温度提升至1300-1500℃，并控制压力为3-10kPa，通入甲基三氯硅烷(MTS)和氢气，沉积10min-1h，关闭甲基三氯硅烷和氢气的通入路径，完成SiC的沉积，降温并将压力升至常压，得到PyC/SiC界面相。
其中，步骤S1中的，沉积温度可为950℃、960℃、970℃、980℃、990℃或1000℃；沉积压力可为5kPa、6kPa、7kPa、8kPa、9kPa或10kPa；沉积时间可为30min-40min、40min-50min、50min-1h、1h-1.2h、1.2h-1.4h、1.4h-1.6h、1.6h-1.8h或1.8h-2h。
对于PyC的沉积，将沉积温度、沉积压力、沉积时间控制在上述范围内，一方面避免了温度、压力及时间过低，而致使沉积速度慢，沉积不均匀，无法得到层状结构的PyC层；另一方面避免了温度、压力及时间过高，致使沉积速度过快，造成封孔的现象，同样无法得到沉积均匀PyC层。
此外，本发明人经若干次实验得到本发明所限定的沉积条件特指于丙烯。目前常用的源气也包括CH4、C2H2、C2H4等，但采用本发明的制备方法沉积效果较差，无法得到均匀沉积的PyC界面相。
步骤S2中，沉积温度可为1300℃、1350℃、1400℃、1450℃或1500℃；沉积压力可为3kPa、4kPa、5kPa、6kPa、7kPa、8kPa、9kPa或10kPa；沉积时间可为10min-20min、20min-30min、30min-40min、40min-50min或50min-1h。
对于SiC的沉积，其是在PyC层上进行沉积，本发明将沉积温度、沉积压力、沉积时间控制在上述范围内，在保证PyC层面的均匀且平整的前提下，可获得沉积均匀SiC层，该SiC层具有良好的高温抗氧化性，与PyC层形成的PyC/SiC界面相相比于常规的单PyC层或单BN层或沉积不均匀的PyC/SiC界面相，有效保证了陶瓷基复合材料的力学性能，弯曲强度和断裂韧性更高，也保证了服役性能，抗氧化性抗烧蚀性更好。
还需要说明的是，甲基三氯硅烷本身为液态，先加热成气态后再输入化学气相沉积炉中进行沉积。
在一些实施方式中，所述碳纤维预制体包括针刺碳毡、2.5D编织体、缝合预制体、碳纤维束中的至少一种。
在一些实施方式中，步骤S1中，丙烯在碳纤维预制体上的滞留时间为0.5s-1s。具体的滞留时间为0.5s、0.6s、0.7s、0.8s、0.9s或1s。在调控沉积温度、沉积压力、沉积时间的基础上，同步还调控滞留时间，可得到中织构以上的PyC层，包括中织构、中高织构或者高织构，越高构型的PyC层，其层状结构越好，越有利于发挥界面相的作用。相比于现有的PyC层只有在高织构下才能得到层状结构，本发明得到的PyC层在中织构下即具有层状结构，制备难度大大降低，与SiC层形成界面相发挥的效果更加优异。
在一些实施方式中，步骤S1中，沉积得到的单层PyC的厚度为350～400nm。该沉积的厚度适中，且时间较短，有利于多层界面相的设置，且节约了生产成本。
在一些实施方式中，步骤S2中，甲基三氯硅烷、氢气和氮气通入的流量比为1:(5～10):(5～10)。具体的，甲基三氯硅烷、氢气和氮气通入的流量比可为1:5:5、1:6:6、1:7:7、1:8:8、1:9:9或1:10:10。配合上述的沉积温度、沉积压力、沉积时间，可沉积得到Si与C的原子比为1:(0.95～1.05)的SiC层，Si与C的原子比接近1。在上述气体流量比下，不仅可避免因源气流量过多而导致沉积过快的情形，也避免了因源气流量过少而导致沉积过慢的情形。
在一些实施方式中，步骤S2中，沉积得到的单层SiC的厚度为300～400nm。
在一些实施方式中，步骤S2中的沉积压力大于步骤S1中的沉积压力，步骤S2中的沉积时间小于步骤S1中的沉积时间。优选的，沉积SiC层时调高沉积压力，以及缩短沉积时间，可更利于SiC沉积于PyC层上，沉积更致密，在长时间使用后仍可延缓氧气进入，保护纤维。
在一些实施方式中，PyC/SiC界面相为(PyC/SiC)n界面相，n＝1时，即是只有PyC/SiC。
在一些实施方式中，当n为2时，即是PyC/SiC/PyC/SiC，可通过依次重复PyC界面相和SiC界面相的沉积方法进行制备多层界面相。
本发明只选择n＝1或2时作为界面相，通过本发明的制备方法可制备出均匀沉积的界面相，优选n＝2时，陶瓷基复合材料具有良好的弯曲强度、断裂韧性，且具有优异的抗抗烧蚀性。而如果n≥3，过多层的界面相，各界面层沉积的均匀会受影响，反而不利于对陶瓷基复合材料力学性能和服役性能的改善。
本发明第二方面旨在提供一种陶瓷基复合材料，包括PyC/SiC界面相，所述PyC/SiC界面相由上述任一项所述的制备方法制得。
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种沉积PyC/SiC界面相的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳纤维预制体置于石墨模具内，通过抽真空和通入高纯氮气排出碳纤维预制体内的空气，并在高纯氮气保护下将化学气相沉积炉中的温度提升至950℃，并控制压力为10kPa，通入丙烯(C3H6)气体，滞留时间1s，开始PyC界面相沉积，沉积1h，关闭C3H6气体的通入路径，获得中高织构PyC，可图1所示，通过测试至少5处的厚度，PyC界面相的厚度为375nm±1；
S2、在步骤S1的基础上，继续将温度提升至1300℃，并控制压力为10kPa，通入甲基三氯硅烷(MTS)和氢气，MTS、H2、N2的气体流量比值为1:5:5，沉积30min，关闭甲基三氯硅烷和氢气的通入路径，获得SiC界面相，通过测试至少5处的厚度，SiC界面相的厚度为340nm±3；
S3、继续通入高纯氮气，在氮气保护下，沉积炉内的压力恢复至常压，然后开始自然降温，完成PyC/SiC界面相的制备。
实施例2
一种沉积PyC/SiC界面相的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳纤维预制体置于石墨模具内，通过抽真空和通入高纯氮气排出碳纤维预制体内的空气，并在高纯氮气保护下将化学气相沉积炉中的温度提升至950℃，并控制压力为10kPa，通入丙烯(C3H6)气体，滞留时间1s，开始PyC界面相沉积，沉积1h，关闭C3H6气体的通入路径，获得中高织构PyC，可图1所示，通过测试至少5处的厚度，PyC界面相的厚度为375nm±1；
S2、在步骤S1的基础上，继续将温度提升至1500℃，并控制压力为10kPa，通入甲基三氯硅烷(MTS)和氢气，MTS、H2、N2的气体流量比值为1:8:8，沉积30min，关闭甲基三氯硅烷和氢气的通入路径，获得SiC界面相，通过测试至少5处的厚度，SiC界面相的厚度为430nm±6.50；
S3、继续通入高纯氮气，在氮气保护下，沉积炉内的压力恢复至常压，然后开始自然降温，完成PyC/SiC界面相的制备。
实施例3
一种沉积PyC/SiC界面相的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳纤维预制体置于石墨模具内，通过抽真空和通入高纯氮气排出碳纤维预制体内的空气，并在高纯氮气保护下将化学气相沉积炉中的温度提升至950℃，并控制压力为5kPa，通入丙烯(C3H6)气体，滞留时间0.5s，开始PyC界面相沉积，沉积1h，关闭C3H6气体的通入路径，获得中织构PyC，通过测试至少5处的厚度，PyC界面相的厚度为350nm±1；
S2、在步骤S1的基础上，继续将温度提升至1300℃，并控制压力为3kPa，通入甲基三氯硅烷(MTS)和氢气，MTS、H2、N2的气体流量比值为1:5:5，沉积30min，关闭甲基三氯硅烷和氢气的通入路径，获得SiC界面相，通过测试至少5处的厚度，SiC界面相的厚度为330nm±5.25；
S3、继续通入高纯氮气，在氮气保护下，沉积炉内的压力恢复至常压，然后开始自然降温，完成PyC/SiC界面相的制备。
实施例4
一种沉积PyC/SiC界面相的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳纤维预制体置于石墨模具内，通过抽真空和通入高纯氮气排出碳纤维预制体内的空气，并在高纯氮气保护下将化学气相沉积炉中的温度提升至950℃，并控制压力为5kPa，通入丙烯(C3H6)气体，滞留时间0.5s，开始PyC界面相沉积，沉积1h，关闭C3H6气体的通入路径，获得中织构PyC，通过测试至少5处的厚度，PyC界面相的厚度为350nm±1；
S2、在步骤S1的基础上，继续将温度提升至1300℃，并控制压力为10kPa，通入甲基三氯硅烷(MTS)和氢气，MTS、H2、N2的气体流量比值为1:5:5，沉积30min，关闭甲基三氯硅烷和氢气的通入路径，获得SiC界面相，通过测试至少5处的厚度，SiC界面相的厚度为400nm±3.5；
S3、继续通入高纯氮气，在氮气保护下，沉积炉内的压力恢复至常压，然后开始自然降温，完成PyC/SiC界面相的制备。
实施例5
一种沉积PyC/SiC界面相的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳纤维预制体置于石墨模具内，通过抽真空和通入高纯氮气排出碳纤维预制体内的空气，并在高纯氮气保护下将化学气相沉积炉中的温度提升至950℃，并控制压力为5kPa，通入丙烯(C3H6)气体，滞留时间0.5s，开始PyC界面相沉积，沉积1h，关闭C3H6气体的通入路径，获得中织构PyC，通过测试至少5处的厚度，PyC界面相的厚度为350nm±1；
S2、在步骤S1的基础上，继续将温度提升至1300℃，并控制压力为10kPa，通入甲基三氯硅烷(MTS)和氢气，MTS、H2、N2的气体流量比值为1:5:5，沉积30min，关闭甲基三氯硅烷和氢气的通入路径，获得SiC界面相，通过测试至少5处的厚度，SiC界面相的厚度为400nm±3.5；
S3、在步骤S2的基础上，将沉积炉内的温度将至950℃，重复S1后续步骤继续沉积PyC界面相；然后再重复步骤S2继续沉积SiC界面相；
S4、继续通入高纯氮气，在氮气保护下，沉积炉内的压力恢复至常压，然后开始自然降温，完成PyC/SiC界面相的制备，制备得到的PyC/SiC界面相如图2所示。
对比例1
一种沉积PyC/SiC界面相的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳纤维预制体置于石墨模具内，通过抽真空和通入高纯氮气排出碳纤维预制体内的空气，并在高纯氮气保护下将化学气相沉积炉中的温度提升至950℃，并控制压力为10kPa，通入丙烯(C3H6)气体，滞留时间1s，开始PyC界面相沉积，沉积1h，关闭C3H6气体的通入路径，获得中高织构PyC，可图1所示，通过测试至少5处的厚度，PyC界面相的厚度为375nm±1；
S2、在步骤S1的基础上，继续将温度提升至1000℃，并控制压力为2kPa，通入甲基三氯硅烷(MTS)和氢气，MTS、H2、N2的气体流量比值为3:1:4，沉积3h，关闭甲基三氯硅烷和氢气的通入路径，获得SiC界面相，通过测试至少5处的厚度，SiC界面相的厚度为340nm±40；
S3、继续通入高纯氮气，在氮气保护下，沉积炉内的压力恢复至常压，然后开始自然降温，完成PyC/SiC界面相的制备。
对比例2
一种沉积PyC/SiC界面相的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳纤维预制体置于石墨模具内，通过抽真空和通入高纯氮气排出碳纤维预制体内的空气，并在高纯氮气保护下将化学气相沉积炉中的温度提升至900℃，并控制压力为2kPa，通入丙烯(C3H6)气体，开始PyC界面相沉积，沉积5h，关闭C3H6气体的通入路径，获得低织构PyC，通过测试至少5处的厚度，PyC界面相的厚度为300nm±50；
S2、在步骤S1的基础上，继续将温度提升至1000℃，并控制压力为2kPa，通入甲基三氯硅烷(MTS)和氢气，MTS、H2、N2的气体流量比值为3:1:4，沉积3h，关闭甲基三氯硅烷和氢气的通入路径，获得SiC界面相，通过测试至少5处的厚度，SiC界面相的厚度为340nm±80；
S3、继续通入高纯氮气，在氮气保护下，沉积炉内的压力恢复至常压，然后开始自然降温，完成PyC/SiC界面相的制备。
对比例3
与实施例1不同的是，本对比例步骤S1中通入的气体为甲烷，采用甲烷来沉积得到PyC界面相，PyC界面相的厚度为300nm±40；
得到的SiC界面相的厚度为340nm±60。
其余同实施例1，这里不再赘述。
由上述实施例1～5的厚度测试结果可看出，相比于对比例1～3中的制备方法，本发明得到PyC/SiC界面相沉积均匀，各处的厚度接近。此外由实施例1～4的对比中还可以看出，当SiC界面相的沉积压力大于PyC界面相的沉积压力，且当SiC界面相的沉积时间小于PyC界面相的沉积时间，得到的PyC/SiC界面相更加均匀。
综上可见，采用本发明的制备方法，获得的PyC/SiC界面相沉积均匀，界面相能发挥其作用，有效提升了陶瓷基复合材料的力学性能和服役性能。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (8)
1.一种沉积PyC/SiC界面相的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将碳纤维预制体置于化学气相沉积炉中，抽真空，在氮气保护下提升温度至950-1000℃，并控制压力为5-9kPa，通入丙烯，沉积30min-2h，关闭丙烯的通入路径，完成PyC的沉积；沉积的PyC的构型为中织构、中高织构或者高织构；
S2、在步骤S1的基础上，继续将温度提升至1300-1500℃，并控制压力为3-10kPa，通入甲基三氯硅烷和氢气，沉积10min-1h，关闭甲基三氯硅烷和氢气的通入路径，完成SiC的沉积，降温并将压力升至常压，得到PyC/SiC界面相；
其中，步骤S2中的沉积压力大于步骤S1中的沉积压力，步骤S2中的沉积时间小于步骤S1中的沉积时间。
2.根据权利要求1所述的沉积PyC/SiC界面相的制备方法，其特征在于，所述碳纤维预制体包括针刺碳毡、2.5D编织体、缝合预制体、碳纤维束中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的沉积PyC/SiC界面相的制备方法，其特征在于，步骤S1中，丙烯在碳纤维预制体上的滞留时间为0.5s-1s。
4.根据权利要求1或3所述的沉积PyC/SiC界面相的制备方法，其特征在于，沉积得到的单层PyC的厚度为350~400nm。
5.根据权利要求1所述的沉积PyC/SiC界面相的制备方法，其特征在于，步骤S2中，甲基三氯硅烷、氢气和氮气通入的流量比为1:(5~10):(5~10)。
6.根据权利要求1或5所述的沉积PyC/SiC界面相的制备方法，其特征在于，步骤S2中，沉积得到的SiC中Si与C的原子比为1:(0.95~1.05)；沉积得到的单层SiC的厚度为300~400nm。
7.根据权利要求1所述的沉积PyC/SiC界面相的制备方法，其特征在于，PyC/SiC界面相为（PyC/SiC）n界面相，n=1或2；当n=2时，依次重复PyC界面相和SiC界面相的沉积。
8.一种陶瓷基复合材料，其特征在于，包括PyC/SiC界面相，所述PyC/SiC界面相由权利要求1~7任一项所述的制备方法制得。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4980202A (en) * | 1989-07-03 | 1990-12-25 | United Technologies Corporation | CVD SiC matrix composites containing carbon coated fibers |
| CN106966742A (zh) * | 2016-06-03 | 2017-07-21 | 北京航空航天大学 | 含界面相的氧化铝纤维增强莫来石陶瓷及其制备方法 |
| CN109704798A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-05-03 | 西北工业大学 | 真空浸渍结合反应熔体浸渗RMI制备C/SiC-Diamond复合材料的方法 |
| WO2021027469A1 (zh) * | 2019-08-15 | 2021-02-18 | 中南大学 | 一种SiCf/SiC复合材料火焰筒及其自动化制备方法 |
| CN113004051A (zh) * | 2019-12-20 | 2021-06-22 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种SiCf/SiC复合材料燃料包壳的界面层结构及制备方法 |
| CN113773101A (zh) * | 2020-06-09 | 2021-12-10 | 安泰科技股份有限公司 | 一种改性的c/c复合材料及其制备方法 |
| CN113929485A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-01-14 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种TiC-Ti3SiC2双重改性的C/C-SiC复合材料的制备方法 |
| CN114195537A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-03-18 | 北京理工大学 | 一种热解碳界面相及其制备方法和应用、碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法 |
| CN114988884A (zh) * | 2022-04-24 | 2022-09-02 | 北京理工大学 | 一种交替沉积的多层热解碳界面相的精细控制方法 |
| CN115417699A (zh) * | 2022-09-01 | 2022-12-02 | 上海大学 | PyC-SiC-HfC三界面相改性C/C-SiBCN双基体抗烧蚀复合材料制备方法 |
-
2023
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4980202A (en) * | 1989-07-03 | 1990-12-25 | United Technologies Corporation | CVD SiC matrix composites containing carbon coated fibers |
| CN106966742A (zh) * | 2016-06-03 | 2017-07-21 | 北京航空航天大学 | 含界面相的氧化铝纤维增强莫来石陶瓷及其制备方法 |
| CN109704798A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-05-03 | 西北工业大学 | 真空浸渍结合反应熔体浸渗RMI制备C/SiC-Diamond复合材料的方法 |
| WO2021027469A1 (zh) * | 2019-08-15 | 2021-02-18 | 中南大学 | 一种SiCf/SiC复合材料火焰筒及其自动化制备方法 |
| CN113004051A (zh) * | 2019-12-20 | 2021-06-22 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种SiCf/SiC复合材料燃料包壳的界面层结构及制备方法 |
| CN113773101A (zh) * | 2020-06-09 | 2021-12-10 | 安泰科技股份有限公司 | 一种改性的c/c复合材料及其制备方法 |
| CN113929485A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-01-14 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种TiC-Ti3SiC2双重改性的C/C-SiC复合材料的制备方法 |
| CN114195537A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-03-18 | 北京理工大学 | 一种热解碳界面相及其制备方法和应用、碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法 |
| CN114988884A (zh) * | 2022-04-24 | 2022-09-02 | 北京理工大学 | 一种交替沉积的多层热解碳界面相的精细控制方法 |
| CN115417699A (zh) * | 2022-09-01 | 2022-12-02 | 上海大学 | PyC-SiC-HfC三界面相改性C/C-SiBCN双基体抗烧蚀复合材料制备方法 |
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