液中，室溫條件下浸泡15h，將浸泡之后的碳纖維取出，放入60°C的真空干燥箱中干燥12h ;
[0071]三、碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)體的制備:采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)在附著有催化劑的碳纖維表面生長碳納米管，具體是將碳纖維放入爐腔試樣臺，抽真空至爐腔內(nèi)壓強(qiáng)為OPa，以20sccm的流速通入H2，控制爐內(nèi)壓強(qiáng)為200Pa，以20°C /min的速度升溫至600°C，開始通入CH4，比與CH4氣流之比為1:2，壓強(qiáng)穩(wěn)定后，打開射頻開關(guān)，射頻功率150W，射頻時間lOmin，關(guān)閉射頻，依次停止通入014及H2，將爐內(nèi)壓強(qiáng)抽真空至OPa，爐內(nèi)溫度降至室溫，制得碳納米管改性碳纖維多尺度增強(qiáng)體；
[0072]四、碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷先驅(qū)體的制備:將步驟三制得的碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)體、三氯化硼、三氯硅烷及六甲基二硅氮烷均勻混合，其中三氯化硼、三氯硅烷與六甲基二硅氮烷的質(zhì)量比為1:5:3，碳納米管改性碳纖維與三氯化硼的質(zhì)量比為1:80，在溫度為50°C，氮?dú)鈿夥諚l件下保溫4h，然后升高溫度至160°C，在溫度為160°C，氮?dú)鈿夥諚l件下保溫4h，減壓蒸餾去除雜質(zhì)，得到碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷先驅(qū)體；
[0073]五、碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料的制備:將步驟四得到的碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷先驅(qū)體放入真空燒結(jié)爐中，在室溫下通入氮?dú)?0min，在氮?dú)鈿夥障乱?5°C /min的速度將溫度從25°C升高到900°C，保溫30min，之后以10°C /min的升溫速度將溫度升高到1400°C，保溫保溫lh，在氮?dú)鈿夥諚l件下自然降溫至室溫，得到碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料。
[0074]本實(shí)施例中碳納米管改性碳纖維的掃描電子顯微鏡照片如圖10，由圖10可以看出，該實(shí)施例中碳納米管直徑為60?120nm，長度為1.5?2.5 μ m ;本實(shí)施例中碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡照片如圖11，由圖11可以看出碳納米管改性碳纖維在SiBCN陶瓷基體中分散均勻；本實(shí)施例碳納米管改性碳纖維與SiBCN陶瓷基體界面剪切強(qiáng)度測試結(jié)果如圖12，由圖12可以看出界面剪切強(qiáng)度為68.0lMPa。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該方法，按以下步驟進(jìn)行: 一、對碳纖維表面進(jìn)行氧化處理，得到氧化處理的碳纖維； 二、碳纖維表面催化劑的附著:稱取金屬鹽，配制0.01?0.2mol/L的金屬鹽丙酮溶液，將步驟一得到的氧化處理的碳纖維浸入金屬鹽丙酮溶液中，在室溫條件下浸泡10?15h，將浸泡之后的碳纖維取出，放入50?60°C干燥12?14h ; 三、碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)體的制備:采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在附著有催化劑的碳纖維表面生長碳納米管，具體是將附著有催化劑的碳纖維放入爐腔試樣臺，抽真空至爐腔內(nèi)的壓強(qiáng)為OPa，以20sccm的流速通入H2，控制爐內(nèi)壓強(qiáng)為200Pa，以20°C /min的速度升溫至600?800°C，開始通入CH4，壓強(qiáng)穩(wěn)定后，打開射頻開關(guān)，維持10?30min，關(guān)閉射頻，依次停止通入014及Η 2，將爐內(nèi)壓強(qiáng)抽真空至OPa，爐內(nèi)溫度降至室溫，制得碳納米管改性碳纖維多尺度增強(qiáng)體； 四、碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷先驅(qū)體的制備:將步驟三制得的碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)體、三氯化硼、三氯硅烷及六甲基二硅氮烷均勻混合，在溫度為50?90°C，氮?dú)鈿夥諚l件下保溫2?4h，然后升高溫度至160?240°C，在溫度為160?240°C，氮?dú)鈿夥諚l件下保溫2?4h，減壓蒸餾去除雜質(zhì)，得到碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷先驅(qū)體； 五、碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料的制備:將步驟四得到的碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷先驅(qū)體放入真空燒結(jié)爐中，在室溫下通入氮?dú)?0?90min，在氮?dú)鈿夥障乱?5°C /min的速度將溫度從25°C升高到900°C，保溫，之后以10°C /min的升溫速度將溫度升高到1400°C，保溫，在氮?dú)鈿夥諚l件下自然降溫至室溫，得到碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟一中對碳纖維表面進(jìn)行氧化處理的具體方法為:將碳纖維完全浸沒在丙酮中，在溫度為70?80°C的條件下加熱回流22?26h，在溫度為50?60°C下干燥12?14h，得到干燥后的碳纖維，將干燥的碳纖維完全浸沒在濃硝酸中，在室溫下浸泡5?10h，從濃硝酸中取出后，用去離子水將碳纖維洗滌至中性，在溫度為50?60°C下干燥12?14h，得到氧化處理的碳纖維。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟一中濃硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%?75%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟二中金屬鹽為Ni (N03) 2、Co (N03) 2或Fe (NO 3) 3。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟三中比與CH 4的氣流量之比為1: (2?6)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟三中射頻功率為150?200W。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟四中三氯化硼、三氯硅烷及六甲基二硅氮烷的質(zhì)量比為1:(3?5):(3 ?5) ο8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟四中碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)體與三氯化硼的質(zhì)量比為1: (20?80)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟五中升高到900°C保溫30min，升高到1400°C保溫lh。10.如權(quán)利要求1所述的一種碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于該復(fù)合材料用于制備高超聲速飛行器的大面積迎風(fēng)區(qū)、端頭及翼前緣超高溫部位結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】一種碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用，涉及一種SiBCN陶瓷復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有碳纖維與SiBCN陶瓷復(fù)合材料中存在碳纖維與SiBCN陶瓷之間的力學(xué)性能較差的問題。方法：一、對碳纖維表面進(jìn)行氧化處理，得到氧化處理的碳纖維；二、碳纖維表面催化劑的附著；三、碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)體的制備；四、碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷先驅(qū)體的制備；五、碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)SiBCN陶瓷復(fù)合材料的制備。本發(fā)明制備的復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度可達(dá)到61.99～68.01MPa。用于陶瓷材料領(lǐng)域。
【IPC分類】C04B35/515, C04B35/80, C04B35/622
【公開號】CN105272326
【申請?zhí)枴緾N201510822469
【發(fā)明人】張幸紅, 閆利文, 胡平, 洪長青, 韓文波, 趙廣東
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月23日