[发明专利]一种纤维增强碳化硅复合材料的制备方法

说明书

本发明提供的纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，采用凝胶注模成型工艺原位固化的特点制备纤维增强碳化硅预制体，并将纤维增强碳化硅预制体干燥处理之后，通过反应烧结工艺使一部分液相硅与预制体中的碳反应生成碳化硅，一部分硅填充预制体中剩余的孔隙，从而得到纤维增强碳化硅复合材料，采用该方法制备的纤维增强碳化硅复合材料可以充分发挥纤维的增强补韧作用，材料致密度高，还具有工艺简单、成本低、生产周期短等优点。

技术领域

本发明涉及陶瓷基复合材料技术领域，特别涉及一种纤维增强碳化硅复合材料的制备方法。

背景技术

反射镜作为大型空间光学遥感器的关键部件，必须满足比刚度高、热稳定性好、可实现超轻量化等性能要求。碳化硅陶瓷具有高的比刚度、良好的热稳定性，已经逐步替代玻璃、金属，成为大口径反射镜的首选材料。但是碳化硅陶瓷作为大口径反射镜一个最重要的问题在于其较大的脆性，实现超轻量化难度较大。将力学性能优异的碳纤维、碳化硅纤维加入到碳化硅陶瓷基体中制成纤维增强碳化硅复合材料，使材料在断裂过程中通过纤维脱粘、裂纹偏转、纤维断裂、纤维拔出等机制，可以在很大程度上改善碳化硅陶瓷的脆性，为实现反射镜的超轻量化提供了一条切实可行的技术途径。

目前制备纤维增强碳化硅复合材料主要有三种方法，先驱体浸渍裂解法(PIP法)、化学气相渗透法(CVI法)和反应烧结法(RB法)，PIP法和CVI法制备碳化硅复合材料温度相对较低，有利于避免纤维的高温损伤，但由于制备工艺限制，制成的纤维增强碳化硅复合材料相对密度只能达到90％左右，复合材料中气孔、裂纹等缺陷较多，孔隙和裂纹的存在不仅影响材料的力学性能，反射镜光学加工性能也会受到一定程度的影响。与PIP法和CVI法相比，反应烧结法制备纤维增强碳化硅复合材料具有致密度高、可制备形状复杂件、生产周期短、成本低的优点。

反应烧结法制备纤维增强碳化硅复合材料最具有代表性的是德国的ECM公司，参见M.G.S.Kutter，Cesic——engineering material for optomechanicalapplications，SPIE，2003，Vol.5179。该公司开发了商用牌号为CeSiC的短碳纤维增强碳化硅复合材料，应用于光学反射镜及其结构件。CeSiC采用模压成型制备碳纤维/碳预制体，之后反应烧结制备纤维增强碳化硅复合材料。但是由于制备过程中碳纤维损伤严重，部分碳纤维与硅反应生成碳化硅，制备的碳化硅复合材料韧性约为4.6MPa·m^1/2，韧性提高不明显。因此迫切需要一种既能够实现高韧性又能实现高致密度的纤维增强碳化硅复合材料的制备方法。

发明内容

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种高韧性、高致密度的纤维增强碳化硅复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种纤维增强碳化硅复合材料的制备方法，所述纤维为碳纤维，包括下述步骤：

将碳纤维制成短切纤维或三维编织体；

将所述短切纤维或三维编织体的纤维表面沉积复合涂层，所述复合涂层内层为裂解碳涂层，外层为碳化硅涂层；

将表面沉积有复合涂层的所述短切纤维制备成短纤维增强碳化硅预制体，或将纤维表面沉积有复合涂层的所述三维编织体制备成连续纤维增强碳化硅预制体；

将所述短纤维增强碳化硅预制体或所述连续纤维增强碳化硅预制体干燥处理；

将干燥后的所述短纤维增强碳化硅预制体或所述连续纤维增强碳化硅预制体上表面放置高纯硅粉，并于真空环境中加热至1450-1550℃反应烧结，再降温至室温得到纤维增强碳化硅复合材料。

在一些较佳的实施例中，在将碳纤维制成短切纤维或三维编织体的步骤中，

以碳纤维为原料，通过剪切设备剪切得到所述短切纤维，所述短切纤维的长度在0.5-5mm之间；