[发明专利]一种C/C-SiC-Al复合材料及制备方法

说明书

本发明提出一种C/C‑SiC‑Al复合材料及制备方法，由碳纤维和基体组成，所述的基体为铝相和碳化硅相均匀分布，由C/C复合材料采用Si‑Al合金粉反应熔渗得到。本发明复合材料中铝相和碳化硅相均匀分布，通过铝的塑性变形阻碍裂纹扩展，提高了材料的强度和韧性，同时显著降低了反应熔渗温度。

技术领域

本发明涉及一种C/C-SiC-Al复合材料及制备方法，属于C/SiC复合材料成型技术领域。

背景技术

碳纤维增强碳化硅(C/SiC)复合材料具有密度低、抗氧化、耐腐蚀及优良的力学性能和热物理性能而成为高温结构材料体系中最有潜力的材料之一。制备碳/碳化硅复合材料的方法有很多种，如化学气相渗透(CVI)、前驱体浸渍裂解法(PIP)、反应熔渗法(RMI)。化学气相渗透和前驱体浸渍裂解工艺相对成熟，反应熔渗工艺具有制备周期短、成本低、残余孔隙率低等优点，是一种非常具有市场竞争力的工业化生产技术。RMI是采用液态Si浸渗C/C多孔体来获得C/SiC材料，由于Si的熔点1410℃，在高温处理过程中纤维很容易受损，且复合材料中会存在游离硅，导致材料力学性能下降，脆性较大。采用硅的合金是降低反应熔渗温度的有效方法，已有人开展了硅锆合金、锆铜合金等相关方面的研究工作，熔渗温度最低降至1500℃。

同时，现有的RMI技术一般为两种方式，一种是采用包埋法进行布硅，该方法仅适用于结构简单的平板、块状类构件，无法实现形状复杂构件的布硅。考虑到熔渗过程中有大量硅因蒸发而损失，布硅量一般都会过量，最终导致熔渗结束后构件表面容易粘附大量金属硅，后续难以清理。另一种是采用粉体或块体铺在坩锅底部，待熔渗制品直接放置在原料上面，待原料熔融后通过毛细作用来渗入构件内部，与基体碳发生反应制得陶瓷基复合材料；因毛细渗透作用的深度局限，此方法只适用于小尺寸或高度较低的构件，熔渗制备大尺寸构件时需要加工仿形工装，但成本较高且存在分布不均匀的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种降低反应熔渗的温度、降低纤维受损程度，提高C/SiC复合材料的力学性能，解决复杂构件无法布硅难题的C/C-SiC-Al复合材料及制备方法。

本发明的技术解决方案：一种C/C-SiC-Al复合材料，由碳纤维和基体组成，所述的基体为铝相和碳化硅相均匀分布，由C/C复合材料采用Si-Al合金粉反应熔渗得到。

所述的Si-Al合金粉与酚醛树脂体系均匀混合成混合树脂，混合树脂涂覆在C/C复合材料表面，经预固化、高温熔渗得到。

所述的预固化工艺为在预固化温度T_YG下，保温不低于0.5小时，不高于2小时，预固化温度T_YG为酚醛树脂的固化温度，根据酚醛树脂的种类来选择。

本发明的C/C复合材料可以采用现有工艺制备得到，也可采用本发明提供一种更易于高温熔渗的C/C复合材料。

所述的C/C复合材料采用呋喃树脂先驱体浸渍剂，进行真空浸渍-压力固化-高温裂解制备得到，所述的呋喃树脂先驱体浸渍剂由呋喃树脂、制孔剂和溶剂组成，制孔剂的添加量为呋喃树脂先驱体浸渍剂总量的10％～20％，溶剂为添加量为呋喃树脂质量的5％～15％。

所述的造孔剂种类没有特殊限定，只要在浸渍裂解中对树脂没有不利影响且能达到造孔作用的物质均可，如表面活性剂聚乙二醇或是本领域常用的制孔剂，如PVP聚乙烯吡咯烷酮、烷基酚的聚氧乙烯醚等。

本发明在呋喃树脂先驱体浸渍剂中添加造孔剂的质量占比为10％～20％，质量占比太小，制孔效果不明显，质量占比太大，浸渍裂解效率降低。当造孔剂占比在上述范围内变化，其他条件不变情况下，造孔剂越多，C/C复合材料的孔隙率越大，后续熔渗过程中容易与液态硅发生反应生成碳化硅，最终制备得到复合材料的力学性能越好。