[发明专利]一种碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法及碳化硅陶瓷基复合材料

说明书

本发明提供的碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，对碳纤维表面进行氧化处理，采用硅烷偶联剂接枝法在所述碳纤维表面接枝碳化硅纳米粒子，使聚碳硅烷先驱体溶液在接枝碳化硅纳米粒子后的碳纤维表面浸渍、固化及高温裂解形成碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料。上述碳化硅陶瓷基复合材料采用硅烷偶联剂接枝法制备了碳化硅纳米粒子接枝碳纤维，增强了纤维增强体与基体之间的润湿性，使纤维与基体之间具有合适的界面结合强度，保证了陶瓷基体与纤维增强体之间载荷的有效传递，同时一定程度上保护了纤维免受物理和化学的损伤。

技术领域

本发明涉及材料改性处理技术领域，特别涉及一种碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法及碳化硅陶瓷基复合材料。

背景技术

先进陶瓷材料因其高强度，耐高温，耐化学腐蚀，比重轻等优点，越来越被人们所重视，但是其脆性问题限制了这类材料在诸多高端领域的应用。为了解决陶瓷材料脆性较大这一缺点，采用碳纤维作为增强体制成陶瓷基体复合材料可以最大程度地结合碳纤维和碳化硅各自的优势，碳纤维在其中发挥高强度，高模量，高稳定性的作用，使得这类复合材料在军事领域、航天飞行器领域发挥更大作用的潜力。

但是，未经处理的碳纤维表面的浸润性较差、反应活性低、惰性大，导致其与基体之间的界面性能差。因此需要对碳纤维进行表面改性，以改善复合材料的界面性能。先驱体浸渍裂解法目前是制备碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的主流工艺之一，它因为工艺过程简短，对设备要求较低，可制备厚壁以及形状复杂、精密制件等特点备受材料工作者的喜爱，但是因为工艺过程中不可避免的对碳纤维造成物理和化学的损伤，使得碳纤维在复合材料中很难发挥出其高强、高模量和高稳定性的特点，从而制约了复合材料整体性能。

发明内容

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种力学性能较好的碳化硅陶瓷基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：

本发明提供了一种碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，包括下述步骤：

对碳纤维表面进行氧化处理；

采用硅烷偶联剂接枝法在所述碳纤维表面接枝碳化硅纳米粒子；

将接枝碳化硅纳米粒子后的碳纤维表面浸渍于聚碳硅烷先驱体溶液中再经固化及高温裂解形成碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料。

在一些较佳的实施例中，在对碳纤维表面进行氧化处理的步骤中，具体为：

将碳纤维浸没于丙酮中，并进行加热回流及干燥得到干燥后的碳纤维；

将干燥后的碳纤维浸没于浓酸溶液中，于合适的温度下浸泡后取出；

用去离子水将碳纤维洗涤至中性，干燥，得到氧化处理的碳纤维。

在一些较佳的实施例中，在将碳纤维浸没于丙酮中，并进行加热回流及干燥得到干燥后的碳纤维的步骤中，所述的加热回流温度为60～90℃，回流时间为15～20h，所述的干燥为烘干，烘干温度60-90℃，烘干时间6～12h。

在一些较佳的实施例中，在将干燥后的碳纤维浸没于浓酸溶液中，于合适的温度下浸泡后取出的步骤中，所述浓酸溶液为浓硝酸，所述浸泡的温度为60～90℃，时间为1～3h。

在一些较佳的实施例中，在将用去离子水将碳纤维洗涤至中性，干燥，得到氧化处理的碳纤维的步骤中，所述干燥为烘干，烘干的温度为60～90℃，烘干时间为6～12h。

在一些较佳的实施例中，在采用硅烷偶联剂接枝法在所述碳纤维表面接枝碳化硅纳米粒子的步骤中，具体为：

用氨基硅烷偶联剂改性碳化硅纳米粒子，使碳化硅纳米粒子表面带有氨基集团，利用氨基与氧化后的碳纤维表面的羟基和羧基反应将碳化硅纳米粒子接枝到碳纤维表面。