專利名稱：一種碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷基復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其涉及一種先驅(qū)體轉(zhuǎn)化碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
作為航空航天領(lǐng)域的一種重要材料，碳/碳復(fù)合材料自身依然存在著無(wú)法克服的缺陷，其較差的抗氧化性能極大地限制了它的使用?；谝陨显?，尋找更為優(yōu)異的耐高溫材料勢(shì)在必行。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，氮化物陶瓷材料進(jìn)入人們的視野。氮化物陶瓷，如氮化硅， 氮化硼等，均具有良好的高溫性能、抗熱震、抗氧化、耐摩擦等等。氮化硼陶瓷具有與碳材料非常相似的物理性質(zhì)，但其抗氧化能力卻比碳材料有著顯著提升。其中，碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料具有良好的抗氧化能力、優(yōu)異的耐燒蝕性能、穩(wěn)定的摩擦性能等，有望在航空航天領(lǐng)域全面替代碳/碳復(fù)合材料。200910073415. 0公開(kāi)了一種氮化硼基陶瓷復(fù)合材料及其制備方法，是由碳化硼粉、硅粉和稀釋劑粉制成。方法一、原料干燥；二、球磨混合；三、制作毛坯；四、毛坯自蔓延燃燒，即得到氮化硼基陶瓷復(fù)合材料。該發(fā)明不適用于纖維織物增強(qiáng)復(fù)合材料的制備。采用先驅(qū)體轉(zhuǎn)化工藝適于纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制備，并有利于復(fù)雜構(gòu)件的成型。CN200910308549. 6公開(kāi)了一種氮化硼陶瓷有機(jī)先驅(qū)體及其制備方法，是將三氯硼吖嗪和苯胺加入到甲苯中，攪拌，過(guò)濾除去深沉物質(zhì)，然后將濾液加熱并保溫，最后再減壓蒸餾脫除甲苯得到氮化硼陶瓷有機(jī)先驅(qū)體。該發(fā)明的氮化硼陶瓷有機(jī)先驅(qū)體可以用于制備氮化硼陶瓷纖維、薄膜、泡沫、異形體和粉體。美國(guó)Sneddon等人(Inorganic Chemistry, 1995. 34(4): 1002-1003)報(bào)道了一種用銨鹽和硼氫化物反應(yīng)來(lái)制備硼吖嗪的方法。制備的硼吖嗪中的B/N原子比為1/1，無(wú)雜質(zhì)元素，其理論陶瓷產(chǎn)率高達(dá)95%，是制備氮化硼陶瓷的理想先驅(qū)體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種先驅(qū)體轉(zhuǎn)化碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明的碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料是以碳纖維為增強(qiáng)體，以B/N原子比為1/1 的液態(tài)硼吖嗪先驅(qū)體轉(zhuǎn)化成的氮化硼基體。碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟
(1)織物編織將碳纖維編織成立體織物；
(2)浸漬將織物置于一個(gè)可密閉的容器中，對(duì)其抽真空，將B/N原子比為1/1的液態(tài)硼吖嗪吸入到容器中至液面與織物表面平齊，浸漬1 3小時(shí)；
(3)交聯(lián)固化將上述碳纖維織物置于壓力為1 15MPa的高壓釜中，在惰性氣氛保護(hù)下加熱至80 120°C，保溫10 70小時(shí)，使液態(tài)硼吖嗪交聯(lián)固化；
(4)裂解將固化后的產(chǎn)物置于真空裂解爐中，控制溫度為1000 1500°C，保溫1 2小時(shí)；
(5)循環(huán)將以上浸漬一交聯(lián)一裂解工藝重復(fù)2 6循環(huán)，即為碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料。所述立體織物中的纖維體積分?jǐn)?shù)為30 45%，余為纖維之間的間隙。所述立體織物為三維四向結(jié)構(gòu)、2. 5維結(jié)構(gòu)、三維五向結(jié)構(gòu)、三維六向結(jié)構(gòu)或二維
布疊層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料具有良好的耐高溫性能、抗氧化性能和耐燒蝕性能，是一種新型的適用于航空航天領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)/功能一體化材料；(2) 采用硼吖嗪為原料，制備工藝簡(jiǎn)單，陶瓷轉(zhuǎn)化率高；(3)采用先驅(qū)體轉(zhuǎn)化工藝進(jìn)行材料的制備，材料的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)，可制備異形構(gòu)件，且制備出的材料可加工性能好；(4)材料的性能可通過(guò)織物的編織、先驅(qū)體轉(zhuǎn)化工藝的參數(shù)調(diào)節(jié)等進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制。


圖1是本發(fā)明制備的碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料的XRD圖譜； 圖2是本發(fā)明制備的碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
選用T300碳纖維，將其編織成三維四向結(jié)構(gòu)的立體織物，其中纖維體積分?jǐn)?shù)為33% ； 將織物置于一個(gè)可密閉的容器中，對(duì)其抽真空，將液態(tài)硼吖嗪吸入容器中，浸漬1小時(shí)；最后的浸漬量以液面高于織物為準(zhǔn)；
然后置于壓力為4MPa密閉的高壓釜中，在惰性氣氛保護(hù)下加熱至80°C，保溫55小時(shí)， 使液態(tài)的硼吖嗪交聯(lián)固化；
將固化后的產(chǎn)物置于1200°C的真空裂解爐中，裂解保溫2小時(shí)；
將以上所述的浸漬一交聯(lián)一裂解工藝重復(fù)3循環(huán)，即得到碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料。對(duì)以上3個(gè)循環(huán)制備的三維四向碳纖維(T300)織物增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料的性能進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如表1所示
權(quán)利要求
1.一種碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料，其特征在于，是以碳纖維為增強(qiáng)體，以B/N原子比為1/1的液態(tài)硼吖嗪先驅(qū)體轉(zhuǎn)化成的氮化硼基體。
2.一種碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)織物編織將碳纖維編織成立體織物；(2)浸漬將織物置于一個(gè)可密閉的容器中，對(duì)其抽真空，將B/N原子比為1/1的液態(tài)硼吖嗪吸入到容器中至液面與織物平齊，浸漬1 3小時(shí)，最后的浸漬量以液面達(dá)到織物表面為準(zhǔn)；(3)交聯(lián)固化將上述碳纖維織物置于壓力為1 15MPa的高壓釜中，在惰性氣氛保護(hù)下加熱至80 120°C，保溫10 70小時(shí)，使液態(tài)硼吖嗪交聯(lián)固化；(4)裂解將固化后的產(chǎn)物置于真空裂解爐中，控制溫度為1000 1500°C，保溫1 2 小時(shí)；(5)循環(huán)將以上浸漬一交聯(lián)一裂解工藝重復(fù)2 6循環(huán)，即為碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述立體織物中的纖維體積分?jǐn)?shù)為30 45%，余為纖維之間的間隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述立體織物為三維四向結(jié)構(gòu)、2. 5維結(jié)構(gòu)、三維五向結(jié)構(gòu)、三維六向結(jié)構(gòu)或二維布疊層結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料及其制備方法。屬于陶瓷基復(fù)合材料領(lǐng)域。碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料是以碳纖維為增強(qiáng)體，以B/N原子比為1/1的液態(tài)硼吖嗪先驅(qū)體轉(zhuǎn)化成氮化硼基體。其制備方法是將碳纖維編織成立體織物，.將B/N原子比為1/1的液態(tài)硼吖嗪充分浸入碳纖維織物中，在壓力1~15MPa溫度80～120℃，保溫10～70小時(shí)，使液態(tài)硼吖嗪交聯(lián)固化；將固化后的產(chǎn)物進(jìn)行裂解、浸漬—交聯(lián)—裂解并重復(fù)2～6個(gè)循環(huán)后制成成品。本發(fā)明的碳纖維增強(qiáng)氮化硼復(fù)合材料是一種新型的適用于航空航天領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)/功能一體化材料，具有良好的耐高溫性能、抗氧化性能和耐燒蝕性能。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102173844SQ201110004008
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者張長(zhǎng)瑞, 曹峰, 曹英斌, 李斌, 王思青 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)