[发明专利]一种C-SiCN复合材料

说明书

一种C‑SiCN复合材料，通过有机聚合物热解法制得的非晶SiCN陶瓷具有优良的物理、力学性能，如热膨胀系数低、硬度高、抗蠕变及抗氧化性能优异。预稳定化热处理C/SiCN(HTCS)与未热处理C/SiCN(NHTCS)在疲劳后的质量、显微结构和电阻变化是不同的。对于NHTCS试样，非晶SiCN基体的晶化造成大量气体挥发，质量损失明显；显微组织结构变化表现为基体脱落、纤维拔出、纤维断裂、裂纹扩展直至失效；电阻变化率先降后升，变化规律与材料的组织结构变化密切相关。对于预稳定化处理的HTCS试样，其质量变化、电阻变化的程度相对较小，体现出较好的预稳定化效果。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料，尤其涉及一种C-SiCN复合材料。

背景技术

有机聚合物热解法制得的非晶SiCN陶瓷具有优良的物理、力学性能，如热膨胀系数低、硬度高、抗蠕变及抗氧化性能优异。以非晶SiCN陶瓷为基体的纤维增强陶瓷基复合材料的应用非常广泛。

作为航空工业高温结构用材料，陶瓷基复合材料要求具有耐高温、长寿命和很高的可靠性。典型的C/SiC复合材料，它在疲劳载荷作用下的使用寿命、失效机理及影响因素已经广泛应用与实际生产中。而C/SiCN具有更为优异的力学性能，其疲劳行为对生产材料的优化、替换十分重要。

发明内容

本发明的目的是为了改善陶瓷材料的稳定性，设计了一种C-SiCN复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

C-SiCN复合材料的制备原料包括：C-SiCN基体，选用六甲基二硅氮烷为前驱体。

C-SiCN复合材料的制备步骤为：将预制物增强体放在烘箱中烘干，在预制物增强体两端上下放置石墨垫块并紧固后放置在铜电极上，向放置预制物增强体的沉积室注入前驱物六甲基二硅氮烷，并连续通入氮气排除沉积室内空气，接通电源加热预制物增强体，在10分钟由室温均匀升到700～900℃，期间不断注入六甲基二硅氮烷前驱物保持液面高度，保温0.5～15小时后关闭电源，自然降温至室温。在真空高温环境中非晶SiCN陶瓷易于晶化，发生分解、分相、结晶并伴随气体释放，部分或全部转变为SiC晶体。晶化过程会影响到C/SiCN的疲劳行为，因此在使用之前对材料进行真空预热处理，可使其预先晶化以获得稳定的物相和结构。1500℃是合适的预热处理温度。

C-SiCN复合材料的检测步骤为：所用试样分为两组，一组为未热处理原样(标号：NHTCS)，另一组为1500℃真空热处理试样(标号：HTCS)。疲劳应力为40MPa，循环频率为60Hz，应力比R—O.1，正弦波形式。试验温度选取1100℃、1300℃和1500℃三个温度点，真空环境(10-4Pa)。

本发明的有益效果是：

非晶SiCN陶瓷具有优良的物理、力学性能，如热膨胀系数低、硬度高、抗蠕变及抗氧化性能优异等性能。制备了碳纤维增强SiCN陶瓷基复合材料(C/SiCN)，NHTCS材料因非晶SiCN的晶化造成大量气体挥发，质量损失明显，尤其在1100～1500℃区间损失严重。对于HTCS试样，质量损失相对较小，体现出良好的预热处理稳定化效果。C/SiCN在疲劳过程中组织结构变化表现为基体脱落、纤维拔出、纤维断裂过程，最终裂纹扩展直至失效。C/SiCN的电阻变化率随实验进程先降后升，变化率与组织结构变化进程密切相关。相对于预稳定化处理的HTCS，NHTCS的电阻变化程度较小，体现了良好的稳定化效果。

具体实施方式

实施案例1：