[发明专利]一种木炭增强碳化硅基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种木炭增强碳化硅基复合材料的制备方法，包括如下步骤：将木炭置于浸渍剂A中进行第一次浸渍，随后进行第一次固化、得到第一次固化坯体，然后将第一次固化坯体置于浸渍剂B中进行第二次浸渍，随后进行第二次固化，得到第二次固化坯体，最后将第二次固化坯体在碳布的包裹下进行烧结处理即得木炭增强碳化硅基复合材料，其中浸渍剂中的陶瓷先驱体为聚甲基硅烷，本发明首创的采用先驱体转化法制备获得木炭增强碳化硅基复合材料，所得木炭增强碳化硅基复合材料致密度高，密度均在1.85g/cm³以上，其具有优异的力学强度以及耐高温性能，以及耐磨性能，可在很大范围内代替碳纤维增强陶瓷材料。

技术领域

本发明涉及一种木炭增强碳化硅基复合材料的制备方法，属于复合材料制备技术领域。

背景技术

近年来，陶瓷基复合材料在高科技领域的应用得到各科技大国的高度重视。其中以碳纤维为增强体，以碳化硅为基体的材料(C_f/SiC)的研究和应用最为广泛，具有非常宽广的发展前景。但是因为碳纤维及其预制成型体的成本很高，复合过程周期很长，导致此类复合材料的成本高昂，同时只能成型简单的结构件，严重制约了其在工业领域的应用。

木炭增强碳化硅基复合材料是近年来新型陶瓷材料研究的另一个热点，它是以木质材料为主要原料制备的陶瓷材料，一方面可以有效处理和循环利用木质废弃物，另一方面所制得的木炭增强碳化硅基复合材料具有高比强度、高导电性、导热性、耐磨性，因而很多时候可以作为碳纤维增强陶瓷基复合材料的替代材料。

目前成型木炭增强碳化硅基复合材料的制备方法主要为反应烧结法，即在高温下，具有反应活性的液相硅或硅合金，在毛细管力的作用下渗入多孔木炭中，然而改种方式存在两方面的缺点，一是反应过程中，炭素坯易开裂，成品率低，二是所得材料由于所成型的碳化硅颗粒较大、自由硅含量高，从面导致高温强度以及耐磨性能不足。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种成本低、成品率高，具有优异力学性能的木炭增强碳化硅(Cw/SiC)复合材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种木炭增强碳化硅基复合材料的制备方法，包括如下步骤：将木炭置于浸渍剂A中进行第一次浸渍，随后进行第一次固化、得到第一次固化坯体，然后将第一次固化坯体置于浸渍剂B中进行第二次浸渍，随后进行第二次固化，得到第二次固化坯体，最后将第二次固化坯体在碳布的包裹下进行烧结处理即得木炭增强碳化硅基复合材料，其中浸渍剂中的陶瓷先驱体为聚甲基硅烷，本发明首创的采用先驱体转化法制备获得木炭增强碳化硅基复合材料；所述浸渍剂A，按质量分数计组包括：聚甲基硅烷80份-120份，1,5-己二烯20份-35份，偶氮二异丁腈2份-5份；所述浸渍剂B，按质量分数计组包括：含锆聚甲基硅烷80份-120份，1,5-己二烯2份-8份，偶氮二异丁腈0.2份-1.5份；

优选的方案，所述木炭的密度为1.1-1.4g/cm³。

优选的方案，所述木炭的制备方法为：将木材于真空下进行第一次干燥；然后采用15-30wt％的乙二胺水溶液浸泡24-36h，再于真空下进行第二次干燥，然后再真空气氛下碳化1-1.5h，所述碳化温度为800-1000℃。

所述木材选自杉木或松木。发明人发现，选用杉木或松木所制备的木炭其孔隙率与孔径最适合于本发明的浸渍。

所述第一次干燥与第二次干燥的温度均为120-150℃，时间为2-4小时。

通过本发明所制备的木炭，可以很好的将保持木材的形状，孔隙相互贯穿。

优选的方案，所述浸渍剂A，按质量分数计组包括：聚甲基硅烷90份-110份，1,5-己二烯25份-30份，偶氮二异丁腈3份-4份。