[发明专利]一种陶瓷纤维混编织物增强陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种陶瓷纤维混编织物增强陶瓷基复合材料及其制备方法，陶瓷纤维混编织物增强陶瓷基复合材料的增强材料为石英纤维与氮化硅纤维的混编织物，基体材料为氮化硼陶瓷或硅氮硼陶瓷。石英纤维与氮化硅纤维的混编织物中，石英纤维与氮化硅纤维的质量比为1：（0.2‑5）。该陶瓷纤维混编织物增强陶瓷基复合材料及其制备方法将石英纤维和氮化硅纤维编织成混编织物，作为复合材料的增强材料，混编织物保留着单种纤维的优点，从而可通过提高氮化物陶瓷基复合材料的烧结温度，充分发挥氮化物陶瓷基体材料特性，制备的复合材料在力学性能、耐温性、介电性能能等方面展示出优异性能。

技术领域

本发明属于高温透波材料技术领域，具体涉及一种陶瓷纤维混编织物增强陶瓷基复合材料及其制备方法。

背景技术

随着高超声速导弹和再入飞行器研制需求的提出，天线罩的耐高温性能和抗冲击性能面临极大挑战，氮化硅、氮化硼等氮化物陶瓷基复合材料逐渐在高温透波材料领域展现出其优势。氮化物陶瓷基体是一类强共价键化合物，具有优良的耐高温、抗氧化、耐烧蚀、抗热震、耐化学腐蚀以及良好的高温介电和透波性能。在高温透波材料领域，与目前成熟使用的二氧化硅陶瓷基复合材料相比，氮化物陶瓷基复合材料的力学性能、耐高温性能、耐烧蚀性能更佳，已成为国内外新一代高温透波材料的研究热点。

氮化物陶瓷基复合材料的密度、热导率、线膨胀、比热容、拉伸、弯曲、压缩、介电、烧蚀等性能都与氮化物基体材料息息相关，但是氮化物陶瓷基复合材料的耐温性能主要由增强纤维决定。石英纤维作为一种技术成熟、性能优异的高温透波纤维已成熟应用，由于石英纤维在烧结温度达到600℃时强度保留率约为20%，烧结温度达到1200℃时强度保留率为0%，因此石英纤维增强氮化物陶瓷基复合材料的烧结温度一般不超过600℃，在此温度下烧结得到的氮化物基体未充分陶瓷化，无法发挥其最佳性能。氮化硅纤维是近年来一种属于国防高科技重要战略材料领域快速发展的高性能耐高温透波增强纤维，其使用温度可以达到1400℃以上，具有良好的耐高温性能以及优良的介电性能，通过陶瓷基体致密化后，可应用于高温透波材料领域。但是氮化硅纤维脆性大、编织性差，且市售价格大约是石英纤维的40倍，若全部采用氮化硅纤维增强氮化物陶瓷基复合材料显然成本太高。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种陶瓷纤维混编织物增强陶瓷基复合材料及其制备方法，将石英纤维和氮化硅纤维编织成混编织物，作为复合材料的增强材料，混编织物保留着单种纤维的优点，从而可通过提高氮化物陶瓷基复合材料的烧结温度，充分发挥氮化物陶瓷基体材料特性，制备的复合材料在力学性能、耐温性、介电性能能等方面展示出优异性能。

为了解决上述问题，本发明的一个方面提供一种陶瓷纤维混编织物增强陶瓷基复合材料，所述陶瓷纤维混编织物增强陶瓷基复合材料的增强材料为石英纤维与氮化硅纤维的混编织物，基体材料为氮化硼陶瓷或硅氮硼陶瓷。

其中，石英纤维具有韧性好、编织性好的优点，但其在高温下强度保留率低；而氮化硅纤维的耐高温性能好，拉伸强度、模量和介电常数高，但脆性大、编织性差，且价格昂贵，将两种纤维混编后，混编织物可同时具有石英纤维和氮化硅纤维各自的优点，从而可通过提高氮化物陶瓷基复合材料的烧结温度，充分发挥氮化物陶瓷基体材料特性，得到在力学性能、耐温性、介电性能能等方面均具有优异性能的复合材料。

优选地，所述石英纤维与氮化硅纤维的混编织物中，石英纤维与氮化硅纤维的质量比为1：（0.2-5）。由于石英纤维重量比越高，混编纤维耐高温性能越差，拉伸强度、模量、介电常数越低；而氮化硅纤维重量比越高，混编纤维的韧性越差、编织性越差，且成本显著增加。经前期对多种石英纤维与氮化硅纤维比例的尝试，发现当石英纤维与氮化硅纤维的质量比为1：（0.2-5）时，混编纤维可同时获得较好的耐高温性能，较高的拉伸强度、模量、介电常数，且成本合理。

本发明的另一个方面提供一种制备上述的陶瓷纤维混编织物增强陶瓷基复合材料的方法，包括以下步骤：

S1. 按照选定的质量比，取石英纤维、氮化硅纤维织造陶瓷纤维混编织物；