[发明专利]一种陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种陶瓷基复合材料及其制备方法，该复合材料密度为1.60～1.80g/cm³，孔隙率为11.5～14.5％，层间剪切强度为55～56MPa，1500℃拉伸强度达到100MPa，1500℃纤维缝合方向弯曲强度达到130MPa；该制备方法采用先驱体浸渍‑模压低温交联‑高温裂解法制备得到陶瓷基复合材料。本发明提供的复合材料密度低、层间强度高，1500℃拉伸强度高，可应用于航空航天领域中；本发明提供的制备方法制备周期短、成本低，模压低温交联‑高温裂解的温度均低于1000℃，对纤维体系的影响小。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其是一种陶瓷基复合材料及其制备方法。

背景技术

纤维增强陶瓷基复合材料是以连续纤维作为增强体、以陶瓷作为基体的一种近年发展较快的高比强度、高比模量、耐高温、抗烧蚀的新兴材料体系。

纤维增强陶瓷基复合材料根据连续纤维在材料内部增强方式不同可分为：1D、2D以及3D，即复合材料分别以单向纤维增强(1D或UD,unidirectional)、两向织物增强(2D)和三维织物增强(3D)。纤维的增强方式不同，复合材料的成型方式、孔隙结构、孔隙分布、网络形状都不同。

单向纤维增强C/SiC复合材料中碳纤维保持连续的长丝状态，其成型方法主要是借鉴传统的增强塑料的成型方法，如预浸布、层压、铺层、缠绕等。单向陶瓷基复合材料的主要特点是：纤维体积含量高，可达到90％；孔隙率较低且可控制；复合材料可在一个方向得到最高的拉伸强度，但偏离纤维轴线方向的强度较低。1D复合材料主要应用于回转体和异形薄壁结构。2D复合材料以2D编织体为增强相。2D编织体有三种基本的构造形式：平纹、斜纹和缎纹。2D复合材料的制备主要采用纤维布铺层模压的方式，其优点是工艺简单、制备成本低，缺点是层间剪切强度低，易分层。2D复合材料广泛应用于对结构强度要求不高的大尺寸、简单形状构件。三维织物增强复合材料是近二十年来诞生的一种新型复合材料，是复合材料科学中突起的一支新秀。三维织物增强复合材料具有完全整体性，材料力学性能好。目前三维织物主要有以下四类：机织三维织物，正交非交织三维织物(简称三维ON织物)，针织三维织物，三维编织织物。

随着航空航天事业的发展，对陶瓷(尤其是陶瓷基复合材料)提出更高的要求，要求制备高质量和异形结构的陶瓷基复合材料，这对陶瓷基复合材料的制备工艺提出新的挑战：(1)传统的先驱体浸渍-裂解法制备的基体材料在裂解过程中存在较大的体积收缩，容易在基体中形成裂纹和孔隙等缺陷，需要多次重复浸渍-裂解工艺(>15个周期)，导致复合材料的制备周期较长；(2)传统的先驱体浸渍-裂解法制备温度高(≥1000℃)，对纤维体系的影响较大。所以，因此如何利用该制备工艺低温且快速制备陶瓷基复合材料仍有待研究和开发。

发明内容

本发明提供一种陶瓷基复合材料及其制备方法，用于克服现有技术中制备周期长、由于高温导致对纤维体系影响大等缺陷，实现制备工艺低温且能快速制备陶瓷基复合材料。

为实现上述目的，本发明提出一种陶瓷基复合材料，所述陶瓷基复合材料的密度为1.60～1.80g/cm³，孔隙率为12.5～14.5％，层间剪切强度为55～56MPa，1500℃拉伸强度达到100MPa，1500℃纤维缝合方向弯曲强度达到130MPa。

为实现上述目的，本发明还提出一种陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：按质量比称取硅树脂和有机溶剂，搅拌，形成硅树脂溶液；

S2：将若干层无机纤维布或织物进行针刺、穿刺或缝合；

S3：在真空条件下将经过S2的无机纤维布或织物浸渍在S1得到的硅树脂溶液中进行真空整体浸渍；

S4：将经过S3的无机纤维布或织物取出，室温下晾干，然后在真空条件下依次对所述无机纤维布或织物进行模压交联和裂解，冷却至室温；