CN1290799C - 制备陶瓷或陶瓷基复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，要解决的技术问题是使预制体自发产生一定的温度梯度，并产生局部高温，使基体前驱体只在高温区沉积，包括以下步骤：(1)将预制体置于反应室中，并充入前驱体；(2)采用微波对预制体进行加热使预制体内产生温度梯度，高温区温度控制在800℃至1300℃之间，低温区温度控制在600℃以下；(3)前驱体在预制体中热解沉积，获得致密的陶瓷或陶瓷基复合材料。与现有技术相比，借助微波的选择性加热特点，及微波对极性物质所具有的加热速度快、内部加热的特点和微波的非热效应对物质反应的活化及过程改变的诱导性，使纤维预制体迅速被加热，预制体产生一定的温度梯度，使基体前驱体只在高温区沉积。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备方法，特别是陶瓷或陶瓷基复合材料的制备方法。
背景技术
目前，高性能陶瓷与陶瓷基复合材料的制备多采用烧结或等温化学气相渗透CVI技术。而在等温CVI中，气态前驱体进入预制体和废气的排除受气体扩散和预制体渗透性限制，会在预制体内产生较大的气体浓度梯度，使固体的沉积优先发生在预制体表面，使预制体表面的孔隙过早地封闭，影响其内部进一步的致密化。为减缓这种现象，常用的解决措施是采用低温、低气体浓度，但这又导致沉积速率极为缓慢；另外还要多次中断沉积工序，通过机械加工除去表面结壳，打开封闭孔隙，继续沉积，由于沉积的时间过长，因此整个复合材料的致密化周期很长，一般需要一个月到几个月，致使制件成本很高，影响了陶瓷基复合材料的广泛应用，如碳基复合材料。为缩短碳基与陶瓷基复合材料的致密化时间，提高制品性能及密度均匀性，几十年来，各国先后对等温CVI工艺进行了多方面改进。较为常见的有：1、热梯度CVI，美国专利5411763号所公开的方法，如在制备碳/碳复合材料时，可有效地改善致密化的均匀性，但由于碳/氢气体进入预制体仍主要依赖扩散作用，气体传输缓慢，材料致密化速率提高有限；2、等温压力梯度CVI工艺，德国专利DE4142261号所公开的方法，由于气体的传质方式改为流动传质，改善了气体的传输能力，沉积速率大大提高，可在一定程度上缩短致密化时间，但仍存在致密化的不均匀问题；3、脉冲CVI工艺：沉积在碳/氢气体压力和真空之间循环工作，可显著提高致密化的均匀性，采用这种方法对设备要求很高，应用很少。
1984年美国橡树岭国家实验室提出了强制流动热梯度化学气相渗透法FCVI，即美国专利4580524号所公开的方法，首先用以制备陶瓷基复合材料，FCVI方法综合了热梯度CVI和等温压力梯度CVI的优点，可在较短时间内完成材料的致密化过程，且制件密度均匀性较佳，特别适用于较厚制件的成型。但由于在FCVI工艺中，预制体内各区域的加热主要依赖于热传导作用，影响因素很多，如预制体热面温度、冷面温度、保持器导热率、预制体密度、纤维取向、孔隙尺寸及结构等，另外气体浓度、流速也有一定的影响。因此使预制体内沉积区域的温度控制较为困难，可能出现预制体冷面致密化不足等不利现象。
近几年，法国研究人员提出了一种液相气化快速致密化工艺RTD，美国专利4472454号，RTD工艺的主要过程是把炭纤维预制体浸渍于液态烃内，将整个系统加热至沸点，气态烃渗入到预制体内，从里向外沉积热解炭，可在很短时间内完成碳/碳复合材料的致密化。RTD工艺的原理是液态烃达到沸点后，不断气化，使预制体表面温度下降而芯部保持很高温度，从而实现预制体内液态烃从内向外的逐渐热解沉积。这种方法存在的不足是预制体必须围绕在加热体上，只能用在中空件，大大限制了这种工艺的使用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，要解决的技术问题是使预制体自发产生一定的温度梯度，并产生局部高温，使基体前驱体只在高温区沉积，而在低温区少沉积或不沉积，通过调节温度梯度来控制致密化的进程，使热解产物在预制体局部先沉积，由局部向整体扩展，实现预制体的逐渐热解均匀致密化。
本发明采用以下技术方案：一种制备陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，包括以下步骤：(1)将预制体置于反应室中，并充入前驱体；(2)采用微波对预制体进行加热使预制体内产生温度梯度，高温区温度控制在800℃至1300℃之间；(3)前驱体在预制体中热解沉积，从而获得致密的陶瓷或陶瓷基复合材料。
本发明采用微波对预制体进行加热时，预制体的低温区温度控制在600℃以下。
本发明的预制体是碳纤维块体、碳化硅纤维块体或陶瓷粉体成型坯体。
本发明的预制体中添加有辅助介质。
本发明的辅助介质是碳粉、碳棒、碳块、碳化硅粉、碳化硅棒或碳化硅块。
本发明的前驱体是单组元气态前驱体或多组元气态前驱物。
本发明的气态前驱体是碳/氢气体、天然气、汽化的液态烷烃、汽化的煤油、汽化的柴油、汽化的三氯甲基硅烷、汽化的硅烷、氮气、氢气或氨气。
本发明的前驱体还可以是液态前驱体。
本发明的液态前驱体为具有低粘度和一定流动性的液态烷烃、液态芳香烃、热固性树脂、沥青、煤油、柴油、三氯甲基硅烷或硅烷。
本发明制备的陶瓷或陶瓷基复合材料为块体材料。
与现有技术相比，本发明采用微波加热的方法，借助微波的选择性加热特点，以及微波对极性物质所具有的加热速度快、内部加热的特点和微波的非热效应对物质反应的活化及过程改变的诱导性，使纤维预制体迅速被加热，使预制体自发产生一定的温度梯度，预制体存在局部高温，使基体前驱体只在高温区沉积，而在低温区少沉积或根本不沉积。同时，微波可促进基体前驱体在预制体纤维上发生热解反应，降低热解温度，通过调节温度梯度来控制致密化的进程，使热解产物先在预制体局部先沉积，随着沉积时间的增加，使沉积方向由局部向整体扩展，从而实现预制体的逐渐热解均匀致密化，并大大缩短该复合材料的制备周期。
附图说明
图1是本发明实施例气相浸渗致密化工艺装置图。
图2是本发明实施例液相浸渍致密化工艺装置图。
图3是本发明实施例加入辅助介质的预制体(一)剖面图。
图4是本发明实施例加入辅助介质的预制体(二)剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的思路：根据微波对极性物质所具有的加热速度快、内部加热的特点和微波的非热效应对物质反应的活化及过程改变的诱导性，使预制体迅速被加热。温度是陶瓷或陶瓷基复合材料致密化过程中的重要工艺参数，对材料均匀致密化的进行和基体的组织结构都有重要的影响作用，因此温度控制是致密化的关键因素。本发明的特点在于微波热解致密化过程中，利用微波快速加热及穿透性加热的特点，使预制体被加热到一定温度并自发形成一定的温度梯度。在热解反应过程中，由于预制体局部温度高，前驱体先在局部热解沉积，低温区域很少热解或基本上不热解，从而控制预制体的致密化进程，使预制体从局部到整体逐步均匀致密化。同时，随着反应的进行，前驱体在反应区域的消耗，使前驱体在预制体中存在一定的浓度梯度，加快了前驱体的传质速率。前驱体流经预制体时，进行热交换，使预制体表面温度降低，从而加大预制体的温度梯度，随着反应的进行，梯度大小趋于某一稳定值。当前驱体到达预制体的高温区后，受温度作用发生热解反应，并沉积在预制体的纤维上，并逐步充填预制体内的孔隙，而此时在预制体的低温区域，由于温度低，前驱体基本上不发生热解反应，孔隙通道不会被堵塞，使前驱体能比较顺利地传输到预制体的热解区。同时，微波可促进基体前驱体在预制体纤维上发生热解反应，降低热解温度。在沉积反应的进行过程中，可通过调节温度梯度来控制致密化的进程，使热解产物先在预制体局部先沉积，随着沉积时间的增加，使沉积方向由局部向整体扩展，从而实现预制体的逐渐热解均匀致密化，最终完成整个预制体的均匀致密化。
预制体采用碳纤维块体、碳化硅纤维块体或陶瓷粉体成型坯体。
在陶瓷和陶瓷基复合材料的致密化过程中，前驱体的选择范围是很广泛的，可以是单组元气态前驱体或多组元气态前驱物。气态前驱体是碳/氢气体、天然气、汽化的液态烷烃、汽化的煤油、汽化的柴油、汽化的三氯甲基硅烷、汽化的硅烷、氮气、氢气或氨气。液态前驱体为具有低粘度和一定流动性的液态烷烃、液态芳香烃、热固性树脂、沥青、煤油、柴油、三氯甲基硅烷或硅烷。
本发明还可通过在预制体中添加辅助介质来控制、调节微波加热的效果、高温发热区域的位置和温度梯度的大小，并配合基体前驱体，包括液相和气相的流动，使前驱体在局部高温区域先热解沉积，而在低温区少沉积或不沉积，从而控制致密化的进程，使热解产物在预制体局部先沉积，由局部向整体扩展，实现预制体的逐渐热解均匀致密化。本发明的辅助介质是碳粉、碳棒、碳块、碳化硅粉、碳化硅棒或碳化硅块。
实施例1
如图1所示，将定好型的碳毡预制体试样7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，丙烯气体作为热解碳的气态前驱体，以氮气作为载气和稀释剂，将它们的混合气体从进气口4通入，采用位于上、下部的微波源5加热，加热达到前驱体热解温度，高温区域维持在800℃，低温区温度控制在600℃以下，经50小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.65g/cm3以上。
实施例2
如图1所示，将定好型的碳布叠层预制体试样7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，丙烯气体作为热解碳的气态前驱体，以氮气作为载气和稀释剂，将它们的混合气体从进气口4通入，采用位于上、下部的微波源5加热，加热达到前驱体热解温度，高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，经50小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.70g/cm3以上。
实施例3
如图1所示，将碳纤维编织体试样7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，丙烯气体作为热解碳的气态前驱体，以氮气作为载气和稀释剂，将它们的混合气体从进气口4通入，采用位于上、下部的微波源5加热，加热达到前驱体热解温度，高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，经50小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.70g/cm3以上。
实施例4
如图1所示，将定好型的碳毡预制体试样7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，甲烷气体作为热解碳的气态前驱体，以氮气作为载气和稀释剂，将它们的混合气体从进气口4通入，采用位于上、下部的微波源5加热，加热达到前驱体热解温度，高温区域维持在800℃，低温区温度控制在600℃以下，经50小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.65g/cm3以上。
实施例5
如图1所示，将定好型的碳布叠层预制体试样7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，甲烷气体作为热解碳的气态前驱体，以氮气作为载气和稀释剂，将它们的混合气体从进气口4通入，采用位于上、下部的微波源5加热，加热达到前驱体热解温度，高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，经50小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.70g/cm3以上。
实施例6
如图1所示，将碳纤维编织体试样7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，甲烷气体作为热解碳的气态前驱体，以氮气作为载气和稀释剂，将它们的混合气体从进气口4通入，采用位于上、下部的微波源5加热，加热达到前驱体热解温度，高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，经50小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.70g/cm3以上。
实施例7
如图1所示，将定好型的碳毡预制体试样7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，天然气作为热解碳的气态前驱体，以氮气作为载气和稀释剂，将它们的混合气体从进气口4通入，采用位于上、下部的微波源5加热，加热达到前驱体热解温度，高温区域维持在800℃，低温区温度控制在600℃以下，经50小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.65g/cm3以上。
实施例8
如图1所示，将定好型的碳布叠层预制体试样7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，天然气作为热解碳的气态前驱体，以氮气作为载气和稀释剂，将它们的混合气体从进气口4通入，采用位于上、下部的微波源5加热，加热达到前驱体热解温度，高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，经50小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.70g/cm3以上。
实施例9
如图1所示，将碳纤维编织体试样7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，天然气作为热解碳的气态前驱体从进气口4通入，采用位于上、下部的微波源5加热，加热达到前驱体热解温度，高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，经50小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.70g/cm3以上。
实施例10
如图2所示，用煤油作为碳源前驱体，将定好型的碳毡预制体7浸渍于液态煤油11中，并置于微波炉加热腔体中，采用位于四周的微波源5加热，由于温度梯度的存在，预制体局部被快速加热，快速加热使预制体高温区域维持在800℃，低温区温度控制在600℃以下，煤油渗入到预制体内汽化并热解沉积，经30小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.65g/cm3以上。
实施例11
如图2所示，用煤油作为碳源前驱体，将定好型的碳布叠层预制体7浸渍于液态煤油11中，并置于微波炉加热腔体中，采用位于四周的微波源5加热，由于温度梯度的存在，预制体局部被快速加热，快速加热使预制体高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，煤油渗入到预制体内汽化并热解沉积，经30小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.70g/cm3以上。
实施例12
如图2所示，用煤油作为碳源前驱体，将碳纤维编织体7浸渍于液态煤油11中，并置于微波炉加热腔体中，采用位于四周的微波源5加热，由于温度梯度的存在，预制体局部被快速加热，快速加热使预制体高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，煤油渗入到预制体内汽化并热解沉积，经30小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.70g/cm3以上。
实施例13
如图2所示，用环己烷作为碳源前驱体，将定好型的碳毡预制体7浸渍于环己烷11中，并置于微波炉加热腔体中，采用位于四周的微波源5加热，由于温度梯度的存在，预制体局部被快速加热，快速加热使预制体高温区域维持在800℃，低温区温度控制在600℃以下，环己烷渗入到预制体内汽化并热解沉积，经30小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.65g/cm3以上。
实施例14
如图2所示，用环己烷作为碳源前驱体，将定好型的碳布叠层预制体7浸渍于环己烷11中，并置于微波炉加热腔体中，采用位于四周的微波源5加热，由于温度梯度的存在，预制体局部被快速加热，快速加热使预制体高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，环己烷渗入到预制体内汽化并热解沉积，经30小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.70g/cm3以上。
实施例15
如图2所示，用环己烷作为碳源前驱体，将碳纤维编织体7浸渍于液态环己烷11中，并置于微波炉加热腔体中，采用位于四周的微波源5加热，由于温度梯度的存在，预制体局部被快速加热，快速加热使预制体高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，环己烷渗入到预制体内汽化并热解沉积，经30小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.70g/cm3以上。
实施例16
如图2所示，用柴油作为碳源前驱体，将定好型的碳毡预制体7浸渍于液态柴油11中，并置于微波炉加热腔体中，采用微波加热，由于温度梯度的存在，预制体局部被快速加热，快速加热使预制体高温区域维持在800℃，低温区温度控制在600℃以下，柴油渗入到预制体内汽化并热解沉积，经30小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.65g/cm3以上。
实施例17
如图2所示，用柴油作为碳源前驱体，将定好型的碳布叠层预制体7浸渍于液态柴油11中，并置于微波炉加热腔体中，采用微波加热，由于温度梯度的存在，预制体局部被快速加热，快速加热使预制体高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，柴油渗入到预制体内汽化并热解沉积，经30小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.70g/cm3以上。
实施例18
如图2所示，用柴油作为碳源前驱体，将碳纤维编织体7浸渍于液态柴油11中，并置于微波炉加热腔体中，采用微波加热，由于温度梯度的存在，预制体局部被快速加热，快速加热使预制体高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，柴油渗入到预制体内汽化并热解沉积，经30小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.70g/cm3以上。
实施例19
如图3所示，把碳粉12置于预制体7中成型，然后，如图1所示，将预制体试样7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，采用丙烯气体作为热解碳的气态前驱体，以氮气作为载气和稀释剂，将它们的混合气体从进气口4通入，采用微波加热，加热达到前驱体热解温度，高温区域维持在800℃，低温区温度控制在600℃以下，经50小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.65g/cm3以上。
实施例20
如图3所示，把碳化硅12置于预制体7中成型，然后，如图1所示，将预制体试样7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，采用甲烷作为热解碳的气态前驱体，以氮气作为载气和稀释剂，将它们的混合气体从进气口4通入，采用微波加热，加热达到前驱体热解温度，高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，经50小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.75g/cm3以上。
实施例21
如图3所示，把碳化硅12置于预制体7中成型，然后，如图1所示，将预制体试样7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，采用天然气作为热解碳的气态前驱体，以氮气作为载气和稀释剂，将它们的混合气体从进气口4通入，采用微波加热，加热达到前驱体热解温度，高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，经50小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.75g/cm3以上。
实施例22
如图3所示，把碳块12置于预制体7中成型，然后，如图2所示，用煤油作为碳源前驱体，将成型的预制体7浸渍于液态煤油11中，并置于微波炉加热腔体中，采用微波加热，由于温度梯度的存在，预制体局部被快速加热，快速加热使预制体高温区域维持在800℃，低温区温度控制在600℃以下，煤油渗入到预制体内汽化并热解沉积，经30小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.65g/cm3以上。
实施例23
如图3所示，把碳块12置于预制体7中成型，然后，如图2所示，用柴油作为碳源前驱体，将成型的预制体7浸渍于液态柴油11中，并置于微波炉加热腔体中，采用微波加热，由于温度梯度的存在，预制体局部被快速加热，快速加热使预制体高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，柴油渗入到预制体内汽化并热解沉积，经30小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.70g/cm3以上。
实施例24
如图3所示，把碳化硅12置于预制体7中成型，然后，如图2所示，用环己烷作为碳源前驱体，将成型的预制体7浸渍于环己烷11中，并置于微波炉加热腔体中，采用微波加热，由于温度梯度的存在，预制体局部被快速加热，快速加热使预制体高温区域维持在1100℃，低温区温度控制在600℃以下，环己烷渗入到预制体内汽化并热解沉积，经30小时的致密化，即可完成碳/碳复合材料的快速制备，最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.70g/cm3以上。
实施例25
如图1所示，将碳毡预制体7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，以汽化的三氯甲基硅烷作为SiC基体的前驱体，以氢气作为载气，采用微波加热，快速加热达到所需要的温度，高温区域维持在1300℃，低温区温度控制在600℃以下，在温度梯度的控制下，前驱体在预制体中从局部到整体逐步热解沉积，经50小时的致密化，即可完成SiC基复合材料的快速制备。最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.85g/cm3以上。
实施例26
如图1所示，将碳布叠层预制体7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，以汽化的三氯甲基硅烷作为SiC基体的前驱体，以氢气作为载气，采用微波加热，快速加热达到所需要的温度，高温区域维持在1300℃，低温区温度控制在600℃以下，在温度梯度的控制下，前驱体在预制体中从局部到整体逐步热解沉积，经50小时的致密化，即可完成SiC基复合材料的快速制备。最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.85g/cm3以上。
实施例27
如图1所示，将碳纤维编织体7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，以汽化的三氯甲基硅烷作为SiC基体的前驱体，以氢气作为载气，采用微波加热，快速加热达到所需要的温度，高温区域维持在1300℃，低温区温度控制在600℃以下，在温度梯度的控制下，前驱体在预制体中从局部到整体逐步热解沉积，经50小时的致密化，即可完成SiC基复合材料的快速制备。最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.85g/cm3以上。
实施例28
如图3所示，把碳化硅12置于碳纤维预制体7中成型，然后，如图1所示，将预制体试样7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，以汽化的三氯甲基硅烷作为SiC基体的前驱体，以氢气作为载气，采用微波加热，快速加热达到所需要的温度，高温区域维持在1300℃，低温区温度控制在600℃以下，在温度梯度的控制下，前驱体在预制体中从局部到整体逐步热解沉积，经50小时的致密化，即可完成SiC基复合材料的快速制备。最后试样密度从0.40g/cm3增加到1.85g/cm3以上。
实施例29
如图1所示，将碳化硅纤维预制体7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，以汽化的三氯甲基硅烷作为SiC基体的前驱体，以氢气作为载气。采用微波加热，快速加热达到所需要的温度，高温区域维持在1300℃，低温区温度控制在600℃以下，在温度梯度的控制下，前驱体在预制体中从局部到整体逐步热解沉积，经50小时的致密化，即可完成SiC/SiC复合材料的快速制备。最后试样密度可达2.5g/cm3以上。
实施例30
如图3所示，把碳粉12置于碳化硅纤维预制体7中成型，然后，如图1所示，将预制体试样7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，以汽化的三氯甲基硅烷作为SiC基体的前驱体，以氢气作为载气，采用微波加热，快速加热达到所需要的温度，高温区域维持在1300℃，低温区温度控制在600℃以下，在温度梯度的控制下，前驱体在预制体中从局部到整体逐步热解沉积，经50小时的致密化，即可完成SiC/SiC复合材料的快速制备。最后试样密度可达2.5g/cm3以上。
实施例31
如图2所示，用三氯甲基硅烷作为基体前驱体，将碳化硅预制体7浸渍于液态三氯甲基硅烷11中，并置于微波炉加热腔体中，采用微波加热，由于存在温度梯度，预制体局部被快速加热，快速加热使预制体高温区域维持在1300℃，低温区温度控制在600℃以下，三氯甲基硅烷渗入到预制体内汽化并热解沉积，经30小时的致密化，即可完成SiC/SiC复合材料的快速制备，最后试样密度可达2.5g/cm3以上。
实施例32
如图3所示，把碳块12置于碳化硅预制体7中成型，然后，如图2所示，用三氯甲基硅烷作为基体前驱体，将成型的预制体7浸渍于液态三氯甲基硅烷11中，并置于微波炉加热腔体中，采用微波加热，由于存在温度梯度，预制体局部被快速加热，高温区域维持在1300℃，低温区温度控制在600℃以下，三氯甲基硅烷渗入到预制体内汽化并热解沉积，经30小时的致密化，即可完成SiC/SiC复合材料的快速制备。最后试样密度可达2.5g/cm3以上。
实施例33
如图1所示，将碳化硅粉体经成型获得的多孔坯体7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，以汽化的三氯甲基硅烷作为SiC基体的前驱体，以氢气作为载气。采用微波加热，快速加热达到所需要的温度，高温区域维持在1300℃，低温区温度控制在600℃以下，在温度梯度的控制下，前驱体在预制体中从局部到整体逐步热解沉积，经50小时的致密化，即可完成SiC/SiC复合材料的快速制备。最后试样密度可达2.5g/cm3以上。
实施例34
如图2所示，用三氯甲基硅烷作为基体前驱体，将碳化硅粉体经成型获得的多孔坯体7浸渍于液态三氯甲基硅烷11中，并置于微波炉加热腔体中，采用微波加热，由于存在温度梯度，预制体局部被快速加热，快速加热使预制体高温区域维持在1300℃，低温区温度控制在600℃以下，三氯甲基硅烷渗入到预制体内汽化并热解沉积，经30小时的致密化，即可完成SiC/SiC复合材料的快速制备，最后试样密度可达2.5g/cm3以上。
实施例35
如图1所示，将碳化硅粉体经成型获得的多孔坯体7置于微波炉加热腔体反应器陶瓷罩2中，以NH3和汽化的四氯化硅作为Si3N4基体的前驱体，以氢气作为载气。采用微波加热，快速加热达到所需要的温度，高温区域维持在1300℃，低温区温度控制在600℃以下，在温度梯度的控制下，前驱体在预制体中从局部到整体逐步热解沉积，经50小时的致密化，即可完成SiC/Si3N4复合材料的快速制备。最后试样密度可达2.5g/cm3以上。
本发明制备陶瓷或陶瓷基复合材料的方法使用微波热解快速致密化，突破现有CVI工艺的限制，集微波快速加热、自发产生温度梯度等手段为一体，实现多种加速措施在同一工艺中的迭加，开发出一种快速热解沉积制备陶瓷或陶瓷基复合材料的新技术。本发明采用微波来加热预制体，从而通过微波快速加热来制备陶瓷或陶瓷基复合材料；由于微波加热具有内部加热、穿透加热的特点，从而自发产生温度梯度，使预制体由局部到整体逐步均匀致密化，避免结壳现象，使前驱体的传输顺利而快速，省去了机加工过程。而且还可以通过在预制体中添加辅助介质，从而改善预制体的微波加热效果，调节温度梯度的大小，控制高温区域的位置，配合前驱体的流动迫使预制体从局部到整体逐步均匀致密化。由于微波的自催化作用，加快前驱体的传质速率，促进基体前驱体在预制体纤维上发生热解沉积反应，降低热解温度，起到节能，降低成本的作用，并大大缩短致密化周期。
Claims (8)
1.一种制备陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，包括以下步骤：(1)将预制体置于反应室中，并充入前驱体；(2)采用微波对预制体进行加热使预制体内产生温度梯度，高温区温度控制在800℃至1300℃之间，低温区温度控制在600℃以下；(3)前驱体在预制体中热解沉积，从而获得致密的陶瓷或陶瓷基复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：所述预制体是碳纤维块体、碳化硅纤维块体或陶瓷粉体成型坯体。
3.根据权利要求2所述的制备陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：所述预制体中添加有辅助介质。
4.根据权利要求3所述的制备陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：所述辅助介质是碳粉、碳棒、碳块、碳化硅粉、碳化硅棒或碳化硅块。
5.根据权利要求1至4中任一所述的制备陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：所述前驱体是单组元气态前驱体或多组元气态前驱物。
6.根据权利要求5所述的制备陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：所述气态前驱体是碳/氢气体、天然气、汽化的液态烷烃、汽化的煤油、汽化的柴油、汽化的三氯甲基硅烷、汽化的硅烷、氮气、氢气或氨气。
7.根据权利要求1至4中任一所述的制备陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：所述前驱体是液态前驱体。
8.根据权利要求1至4中任一所述的制备陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：所述制备的陶瓷或陶瓷基复合材料为块体材料。
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