碳/碳化硅复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种碳/碳化硅复合材料的制备方法，该方法包括：碳纤维编织、定型、化学气相浸渗热解碳界面层、脱模、高温热处理、化学气相浸渗碳化硅基体，所述的高温热处理是将碳纤维预制体放入1600～2500℃的氩气气氛中进行高温热处理1～10小时。本发明制备的碳/碳化硅复合材料的力学性能的提高幅度为45～60％，断裂特征由脆性断裂转变为韧性断裂。

权利要求

1.一种碳/碳化硅复合材料的制备方法，该方法依次包括下述步骤：(1)将碳纤维采用编织的方法编织成具有一定几何形状的纤维预制体，纤维的体积分数为30～50％；

(2)将上述碳纤维预制体放入石墨模具中进行定型；

(3)将上述碳纤维预制体放入800～1000℃的高温炉中，在丙烯和氩气的混合气氛中化学气相浸渗得到热解碳界面层；

(4)将上述碳纤维预制体从石墨模具中取出；

(5)将具有热解碳界面层的碳纤维预制体放入1600～2500℃的氩气气氛中进行高温热处理1～10小时；

(6)将经高温热处理后的纤维预制体放入900～1100℃的高温炉中，在一甲基三氯硅烷和氢气的混合气氛中化学气相浸渗得到碳化硅基体。

2.根据权利要求1所述的碳/碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于高温热处理温度为1800～2000℃。

说明书

碳/碳化硅复合材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种碳/碳化硅复合材料的制备方法，特别是涉及一种采用化学气相浸渗法制备碳/碳化硅复合材料的方法。

背景技术

[0002] 对于碳/碳化硅复合材料的制造，通常采用化学气相浸渗法方法：将碳纤维预制体定型后放入高温炉中，在900℃的高温条件下通入丙烯和氩气的混合气氛，丙烯气体通过扩散吸附在碳纤维表面、发生化学反应并原位沉积热解碳界面层；然后将具有热解碳界面层的碳纤维预制体再放入到1000℃的高温炉中，通入一甲基三氯硅烷和氢气的混合气体，一甲基三氯硅烷通过扩散吸附在碳纤维表面、发生化学反应并原位沉积碳化硅陶瓷基体，得到碳/碳化硅复合材料。碳/碳化硅复合材料是碳纤维、热解碳界面层和碳化硅陶瓷基体三个部分组成。其中，热解碳界面层是保证碳纤维与碳化硅陶瓷基体之间具有适中的界面结合强度，使得在断裂过程中碳纤维能从碳化硅陶瓷基体中拔出，从而起到增强和增韧的效果。由于制造技术自身因素的限制，碳纤维表面热解碳界面层的制备只能在900℃左右的温度条件下进行，所得到的热解碳界面层的是一种结构松散、片层取向极不规则的石墨微晶组成，这种界面层结构使得碳纤维难以从碳化硅基体中顺利拔出，从而影响到碳/碳化硅复合材料的增强和增韧效果的发挥；同时，由于这种结构松散、取向极不规则的石墨微晶的存在，使得界面层的厚度无法进行定量优化设计：厚度较薄时，碳纤维在后续浸渗碳化硅过程中容易受到含硅和氯气氛的侵蚀；而当界面层较厚时，在界面层和纤维之间会出现较大的内应力，致使碳纤维力学性能受到严重损伤。

发明内容

[0003] 维的体积分数为40％；

[0004] (2)将上述碳纤维预制体放入石墨模具中进行定型；

[0005] (3)将上述碳纤维预制体放入900℃的高温炉中，在丙烯和氩气的混合气氛中化学气相浸渗得到热解碳界面层；

[0006] (4)将上述碳纤维预制体从石墨模具中取出；

[0007] (5)将具有热解碳界面层的碳纤维预制体放入1800℃的氩气气氛中进行高温热处理3小时；

[0008] (6)将经高温热处理后的纤维预制体放入1000℃的高温炉中，在一甲基三氯硅烷和氢气的混合气氛中化学气相浸渗得到碳化硅基体，得到碳/碳化硅复合材料。

[0009] 本实施例制备的碳/碳化硅复合材料的力学性能的提高45％，断裂特征由脆性断裂转变为韧性断裂。

[0010] 实施例2

[0011] (1)将碳纤采用编织的方法编织成具有一定几何形状的纤维预制体，纤维的体积分数为40％；

[0012] (2)将上述碳纤维预制体放入石墨模具中进行定型；

[0013] (3)将上述碳纤维预制体放入900℃的高温炉中，在丙烯和氩气的混合气氛中化学气相浸渗得到热解碳界面层；

[0014] (4)将上述碳纤维预制体从石墨模具中取出；

[0015] (5)将具有热解碳界面层的碳纤维预制体放入2000℃的氩气气氛中进行高温热处理2小时；

[0016] (6)将经高温热处理后的纤维预制体放入1000℃的高温炉中，在一甲基三氯硅烷和氢气的混合气氛中化学气相浸渗得到碳化硅基体，得到碳/碳化硅复合材料。

[0017] 本实施例制备的碳/碳化硅复合材料的力学性能的提高60％，断裂特征由脆性断裂转变为韧性断裂。