[发明专利]一种具有磷酸镧层的连续氧化物纤维织物及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有磷酸镧层的连续氧化物纤维织物及其制备方法，该制备方法包括：(1)对连续氧化物纤维织物进行预处理，以去除所述连续氧化物纤维织物表面的浆剂；(2)将预处理后的连续氧化物纤维织物浸入包含镧基化合物的混合溶液中，然后向所述混合溶液中依次加入沉淀剂、缓冲剂进行反应，得到所述具有磷酸镧层的连续氧化物纤维织物。本发明制备得到的具有磷酸镧层的连续氧化物纤维织物具有优异的韧性和强度，且可在1400℃以上的高温条件下长期使用。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种具有磷酸镧层的连续氧化物纤维织物及其制备方法。

背景技术

随着宇航、航空和临界太空等高技术领域的迅速发展，现有大多以碳纤维和氮化硼纤维涂层为主的陶瓷复合材料，由于其在高温氧化环境中性能较差而逐渐无法满足使用需求。而氧化物陶瓷具有优异的高温性能,热学和化学稳定性好,可以在高温氧化环境下长时间使用。但是氧化物陶瓷韧性一般较低,容易发生灾难性破坏。氧化物/氧化物CMCs具有高韧性、高比强和高比模等优点,可以有效地克服对裂纹和热震的敏感,是目前最有潜力应用于航空发动机和引擎等高温部位的复合材料。

氧化物/氧化物陶瓷基复合材料(CMCs)由于其韧性、固有的抗氧化性、良好的抗热震性和对损伤较低的敏感度，是高温领域应用的有力竞争者。目前普遍使用的氧化铝纤维的复合材料可以在1000℃下安全使用，但在更高温度下使用时，氧化铝纤维晶粒扩大生长使纤维体脆化，限制了材料的使用寿命。

目前，纤维增强陶瓷基复合材料界面层主要包括热解碳界面层和氮化硼(BN)界面层，但是热解碳和BN界面主要针对非氧化物连续纤维增强陶瓷基复合材料，由于氧化物纤维增强氧化物陶瓷基复合材料主要用于氧气及燃气环境中，服役条件比较苛刻，热解碳和BN界面无法满足服役环境下的抗氧化、长寿命及高可靠性要求。其中BN氧化起始温度点约为800℃，且BN对水蒸气尤其敏感，在高温下微量的水蒸气存在都会导致BN氧化物的快速蒸发，因而在高温(尤其是1000℃)下使用BN作为纤维的抗氧化涂层存在抗氧化性能不足的问题。因此需要探索一种能够提高复合材料韧性，且可控的，能在1000℃以上的高温下抗氧化的连续氧化物纤维织物。

发明内容

本发明实施例提供了一种具有磷酸镧层的连续氧化物纤维织物及其制备方法，能够提供一种具有磷酸镧层的连续氧化物纤维织物，该氧化铝纤维表面由均匀连续的磷酸镧包覆，利用由该氧化铝纤维编织的氧化铝纤维预制体，在保证优异的耐高温的前提下，能够借助磷酸镧涂层在氧化铝上产生的弱结合，提高氧化铝纤维预制体的韧性。

第一方面，本发明提供了一种具有磷酸镧层的连续氧化物纤维织物，所述制备方法包括如下步骤：

(1)对连续氧化物纤维织物进行预处理，以去除所述连续氧化物纤维织物表面的浆剂；

(2)将预处理后的连续氧化物纤维织物浸入包含镧基化合物的混合溶液中，然后向所述混合溶液中依次加入沉淀剂、缓冲剂进行反应，得到所述具有磷酸镧层的连续氧化物纤维织物。

优选地，在步骤(1)中，所述连续氧化物纤维织物采用的连续氧化物纤维包括连续氧化铝纤维、连续莫来石纤维、连续氧化锆纤维、连续石英纤维中的至少一种；

所述连续氧化物纤维织物的纤维体积分数为10～45％。

优选地，在步骤(1)中，所述预处理包括采用热处理的物理方式或溶剂溶解的化学方式。

优选地，在步骤(2)中，所述混合溶液中还包括乙二醇和去离子水；其中，乙二醇和去离子水的质量之比为(1～8):1。

优选地，所述镧基化合物为硝酸镧、碳酸镧、氯化镧、氢氧化镧和氧化镧中的至少一种；

所述混合溶液中镧基化合物的浓度为0.0005～1mol/L。

优选地，所述沉淀剂为磷酸氢二钠、磷酸二氢铵和磷酸氢二铵中的至少一种。