[发明专利]一种碳纤维/赛隆陶瓷复合材料及制备方法和应用

摘要

本发明涉及陶瓷复合材料技术领域，公开了一种碳纤维/赛隆陶瓷复合材料及制备方法和应用。本发明引入了改性碳纤维加入赛隆陶瓷中，解决了现有技术中赛隆陶瓷材料性能不足的问题，通过对碳纤维表面处理，解决了碳纤维与赛隆陶瓷高温反应及其界面匹配问题，得到了一种低成本、高性能的碳纤维/赛隆陶瓷复合材料。本发明采用碳纤维/赛隆陶瓷复合材料作为原料制备摩擦焊搅拌头，碳纤维/赛隆陶瓷复合材料具有较好的韧性，很高的硬度和耐磨性，以及非常高的高温抗氧化性，本发明制备得到的碳纤维/赛隆陶瓷复合材料搅拌头耐高温(1000℃以上)、强度及韧性高、耐磨性好、使用寿命长，本发明的制备工艺成本低、制备工艺简单、参数可控。

主权项

1.一种碳纤维/赛隆陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.碳纤维表面处理：对碳纤维进行表面处理，得到表面具有SiC涂层的改性碳纤维，然后进行短切；S2.原料配制及混合：按照赛隆陶瓷的分子式Si4Al2O2N6计算并称取称量相应的Si3N4、AlN和Al2O3，加入Y2O3后得到混料，以无水乙醇为球磨介质将混料进行球磨，并在球磨过程中加入步骤S1的改性碳纤维，球磨完成后进行干燥处理，得到的粉体密封待用；S3.生坯压制：将经步骤S2制得的粉体进行干压成形，得到生坯；S4.烧结成型：将步骤S3制得生坯放入惰性气体气氛炉进行两步法烧结成型；其中，S1所述碳纤维表面制备SiC涂层的方法包括以下步骤：S11.将碳纤维放入化学气相沉积炉中；然后采用三氯甲基硅烷、氢气和氩气作为沉积气源进行沉积改性反应，得到表面具有SiC涂层的改性碳纤维；步骤S4所述两步法烧结成型是指第一步将生坯放置在氮气压为0.1～2.1MPa，温度1150℃～1850℃，升温速率为10℃/min，保温1小时，第二步放置在氮气压为2.1～8.0MPa，温度1400℃～1830℃，升温速率为10℃/min，保温1小时；所述沉积改性反应是指控制三氯甲基硅烷、氢气和氩气的流量比为1:1.5～2:2～4，沉积温度为1000～1100℃、沉积压力为700～1000Pa，沉积时间为2～4小时；步骤S2中加入的改性碳纤维为1～6wt％。