一種高溫復(fù)合材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高溫復(fù)合材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合材料以其優(yōu)異的性能廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，例如航空航天、高速列車等領(lǐng)域?qū)Ω邷亟Y(jié)構(gòu)材料也提出了更高的要求，不僅要求在高溫下具有更高的強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性、穩(wěn)定性等，此外還要求材料具有重量輕、制備工藝簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]高溫復(fù)合材料由以耐高溫纖維制成的預(yù)制體為增強(qiáng)體，并通過致密化過程在預(yù)制體表面和空隙中沉積碳基體而制成，不同的致密化工藝會(huì)在增強(qiáng)體纖維表面得到不同的基體，增強(qiáng)體纖維與基體相匹配才能使高溫復(fù)合材料具有最優(yōu)的性能，因此增強(qiáng)體纖維的選擇、預(yù)制體制備工藝、基體的選擇及相應(yīng)的致密化工藝都直接影響材料的性能。
[0004]而目前的高溫復(fù)合材料制備方法中并沒有公開根據(jù)不同的基體選擇不同的增強(qiáng)體纖維和不同的致密化工藝，導(dǎo)致有些高溫復(fù)合材料的性能不能充分的提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種高溫復(fù)合材料及制備方法，不僅提高了材料的層間結(jié)合力和彎曲強(qiáng)度，同時(shí)提高了 Z向?qū)嵯禂?shù)和剪切強(qiáng)度，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐高溫性能。
[0006]本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明一種高溫復(fù)合材料的制備方法，包括預(yù)制體的制備、熱處理和致密化過程，所述預(yù)制體是根據(jù)所述復(fù)合材料的基體選為不同的纖維，所述致密化是根據(jù)所述基體的不同選擇不同的致密化工藝，包括化學(xué)氣相沉積工藝和浸漬-裂解工藝中的一種或兩種的結(jié)入口 ο
[0008]進(jìn)一步地，所述基體為單基體C、單基體SiC和雙基體C-SiC中的一種，其中，
[0009]基體為單基體C時(shí)，預(yù)制體選擇炭纖維或SiC纖維；
[0010]基體為單基體SiC時(shí)，預(yù)制體選擇炭纖維、SiC纖維或AI2O3纖維；
[0011 ] 基體為雙基體C-SiC時(shí)，預(yù)制體選擇炭纖維或SiC纖維。
[0012]進(jìn)一步地，所述預(yù)制體采用針刺氈結(jié)構(gòu)，具體制備包括以下步驟:
[0013](I)將短切纖維經(jīng)抗靜電、機(jī)械松散、柔化處理后，喂入梳毛機(jī)，在梳毛機(jī)氣流作用下成網(wǎng)，烘干后制得網(wǎng)胎備用;將長纖維鋪成無瑋布備用；
[0014](2)將所述無瑋布和網(wǎng)胎按照一層0°無瑋布、一層網(wǎng)胎、一層90°無瑋布、一層網(wǎng)胎的鋪層順序進(jìn)行針刺，每鋪一層，針刺一次，其中每次針刺時(shí)，針上需攜帶與所述預(yù)制體厚度相匹配的一定長度的纖維，直至形成所需厚度的預(yù)制體。
[0015]進(jìn)一步地，每鋪一層新層，所述針刺在新層的整個(gè)區(qū)域進(jìn)行，且所述針刺的植針密度大于20行程/平方厘米，且小于100行程/平方厘米。
[0016]進(jìn)一步地，所述短切纖維長度為30?100mm。
[0017]進(jìn)一步地，所述預(yù)制體的熱處理方法具體為:采用氣相沉積爐，以氮?dú)鉃楸Ｗo(hù)氣體，加熱至800?1100°C，保溫I?2h，冷卻至室溫。
[0018]進(jìn)一步地，所述化學(xué)氣相沉積工藝具體為:將預(yù)制體放入氣相沉積爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下進(jìn)行沉積，以丙烷和天然氣為前驅(qū)體制得基體，滲透到所述預(yù)制體中，其中丙烷與天然氣的流量比為1:7?1:3，控制沉積溫度為900?1200°C，沉積時(shí)間為140?160h，其中所述氮?dú)饬髁繛?00?600ml/min，對爐體抽真空，保持爐內(nèi)壓強(qiáng)為I?15kPa。
[0019]進(jìn)一步地，所述浸漬-裂解工藝具體包括以下步驟:
[0020](I)將預(yù)制體放入真空浸漬裝置中，向所述真空浸漬裝置緩慢注入聚碳硅烷與二甲苯質(zhì)量比為1:6?1:1的混合溶液，然后密封并抽真空，保持爐內(nèi)壓強(qiáng)為I?9kPa，浸漬2?30h后完成浸潰；
[0021](2)將浸漬后的所述預(yù)制體放入氣相沉積爐中，并通入氮?dú)獗Ｗo(hù)氣體，其中所述氮?dú)饬髁繛?00?500ml/min，將所述預(yù)制升溫至800?1200°C，保溫lh，然后隨爐冷卻至室溫，出爐后清除裂解產(chǎn)物，完成裂解；
[0022](3)重復(fù)步驟(I)所述浸漬和步驟(2)所述裂解過程8?20次，制得所述復(fù)合材料。
[0023]本發(fā)明一種高溫復(fù)合材料的制備方法，包括基體和預(yù)制體，所述基體為單基體C、單基體SiC和雙基體C-SiC中的一種，預(yù)制體為0°無瑋布、纖維網(wǎng)胎、90°無瑋布、纖維網(wǎng)胎交替鋪層形成的針刺氈結(jié)構(gòu)，其中所述基體為單基體C時(shí)，所述纖維網(wǎng)胎和無瑋布由炭纖維或SiC纖維制成;所述基體為單基體SiC時(shí)，所述纖維網(wǎng)胎和無瑋布由炭纖維、SiC纖維或Al2O3纖維制成;所述基體為雙基體C-SiC時(shí)，所述纖維網(wǎng)胎和無瑋布由炭纖維或SiC纖維制成;保證基體與纖維具有良好的熱匹配性能和界面結(jié)合特性，從而提高復(fù)合材料的綜合性能。
[0024]本發(fā)明有益效果如下:
[0025]本發(fā)明以針刺氈預(yù)制體代替編制預(yù)制體，避免了編制過程中纖維易斷針和受損的缺陷，同時(shí)提高了Z向的導(dǎo)熱系數(shù)、層間剪切強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度;選用與基體材料匹配的耐高溫纖維，并根據(jù)基體選擇致密化過程，使高溫復(fù)合材料的層間結(jié)合力和彎曲強(qiáng)度得到提高，不僅具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和耐高溫腐蝕性能，而且在高溫下摩擦系數(shù)保持穩(wěn)定；制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低，周期短，適合批量生產(chǎn)。
[0026]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步闡述和詳述，應(yīng)當(dāng)理解，以下實(shí)施例僅用于解釋和說明本發(fā)明技術(shù)方案，但不構(gòu)成對本發(fā)明技術(shù)方案的限制。
[0028]本發(fā)明高溫復(fù)合材料所述高溫指600°C以上的溫度。
[0029]實(shí)施例1
[0030]本發(fā)明一種高溫復(fù)合材料，基體為雙基體C-SiC，增強(qiáng)體為0°無瑋布、纖維網(wǎng)胎、90°無瑋布、纖維網(wǎng)胎交替鋪層形成的針刺氈結(jié)構(gòu)預(yù)制體，所述纖維網(wǎng)胎和無瑋布由炭纖維制成。[0031 ]該高溫復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0032](I)預(yù)制體制備:將炭纖維切成50mm的短切炭纖維，然后經(jīng)過抗靜電、機(jī)械松散、柔化處理后，喂入梳毛機(jī)，在梳毛機(jī)氣流作用下成網(wǎng)，烘干后制得網(wǎng)胎，將長炭纖維鋪成無瑋布;然后將所述無瑋布和所述網(wǎng)胎按照一層0°無瑋布、一層網(wǎng)胎、一層90°無瑋布、一層網(wǎng)胎的鋪層順序進(jìn)行針刺，每鋪一層，針刺一次，其中每次針刺時(shí)，針上需攜帶與所述預(yù)制體厚度相匹配的一定長度的纖維，直至形成所需厚度的預(yù)制體，其中針刺在新層的整個(gè)區(qū)域進(jìn)行，且植針密度大于20行程/平方厘米，且小于100行程/平方厘米；
[0033](2)熱處理，將預(yù)制體放入氣相沉積爐中，以氮?dú)鉃楸Ｗo(hù)氣體，加熱至1100°C，保溫2h，冷卻至室溫；
[0034](3)化學(xué)氣相沉積:將熱處理后的預(yù)制體放入氣相沉積爐中，通入保護(hù)氣體氮?dú)?，氮?dú)饬髁繛?00ml/min，以丙烷和天然氣的流量比1:3的混合氣體為前驅(qū)體制得基體，沉積溫度為1200°C，沉積時(shí)間為140h，抽真空，保持爐內(nèi)壓強(qiáng)為1kPa;
[0035](4)浸漬:將經(jīng)過化學(xué)氣相沉積后的預(yù)制體放入真空浸漬裝置中，以聚碳硅烷為前驅(qū)體，以二甲苯為