[发明专利]一种碳纳米管多维编织预制体陶瓷基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料的制备方法，具体涉及一种碳纳米管多维编织预制体陶瓷基复合材料的制备方法，特别是涉及一种预先将碳纳米管(CNTs)纤维、薄膜等编织成型，再利用化学气相沉积(CVI)工艺沉积一层热解碳(PyC)界面层，最后利用CVI技术渗透陶瓷基体直至一定密度陶瓷基复合材料的方法。

背景技术

先进陶瓷材料如SiC、Si₃N₄、SiCN等陶瓷具有耐高温、抗氧化、耐磨损、耐腐蚀、低密度等优点，因此常常和碳纤维、碳化硅纤维等复合而广泛应用于航空航天、国防装备等高技术领域。

目前制备SiC、Si₃N₄、SiCN陶瓷的CVI工艺已经成熟，CVI工艺通常采用较低的温度(＜1000℃)和压力，这样避免了高温损伤引入陶瓷相中的纤维，但缺点是致密化速度低，周期长。

CNTs管壁由一个碳原子通过sp²杂化与周围三个碳原子完全键合构成六边形平面，由于sp²杂化形成的C-C共价键是自然界最强的键价之一，因此其赋予了CNTs极强的强度、韧性及弹性模量，使碳纳米管具有优异的力学性能，被认为是最理想的纳米晶须增韧材料，是纤维类强化相的终极形式。

将CNTs作为增强、增韧体与陶瓷基体复合，充分发挥CNTs优异的力学性能，有望获得又一高性能陶瓷基复合材料，具有十分重要的意义。

中国专利CN 201010540199.9A公开了一种原位生长有CNTs的SiC纤维立体织物，该SiC纤维立体织物主要由SiC纤维编织而成，原位生长的CNTs均匀分布在SiC纤维表面，CNTs相互缠绕成网状结构。中国专利CN 1785658A公开了一种高体积分数碳纳米管增强聚合物基复合材料的制备方法，该方法是按设定的铺层方式，叠加CNTs预制体，得到增强相预成型坯。而后，按液相模塑工艺成型，即得到高体积分数CNTs增强聚合物基复合材料。CNTs预制体是将CNTs与含有粘合剂的造孔剂溶液混合、搅拌、研磨，然后将粉料放入模具中，保温保压后，自然冷却至室温卸压后所制得。中国专利CN 101255055A公开了一种碳纳米管硼化锆-碳化硅基复合材料及其制备方法，该方法是将CNTs超声分散在分散剂中，再加入硼化锆和碳化硅，经球磨分散、烘干、研磨后，将所得混合粉料装入涂有脱模剂的石墨模具中热压烧结。中国专利CN 102557641 A公开了一种碳纳米管增强增韧碳化硅陶瓷及其制备方法，其采用热压烧结或无压烧结工艺，原材料的重量配比制成：碳化硅微粉：碳化硼微粉：碳粉：碳纳米管：粘结剂：分散剂为100：0.5～3：1.5～8：0.5～3：3～6：0.2～3.0。中国专利CN 104291826A公开了一种碳纳米管增强SiC基纳米复合材料膜的制备方法，该方法是将碳纳米管,B₄C微粉以及单质硅粉分散到水中制成悬浮液，以Triton^TM X-100作为分散剂，然后利用加压过滤装置对悬浮液进行压滤，将压滤得到CNTs Buckypaper预制体浸渍热塑性酚醛树脂溶液，然后依次进行软固化、硬固化、后固化，得到固化样品；将固化样品在氮气的保护下进行碳化，最后烧结，得到碳纳米管增强SiC基纳米复合材料膜。中国专利CN 104387102 A公开了一种碳纳米管陶瓷基复合材料及其制备方法，其采取的工艺是球磨、热压烧结。中国专利CN 103288466 A公开了一种原位自生碳纳米管改性硅碳氮陶瓷基复合材料的制备方法。文献“Z.J.Gu,Y.C.Yang,K.Y.Li,Z.W.Pan,et al.Aligned Carbon nanotube-reinforeed silicon carbide composites produeed by chemical vapor infiltration[J].Carbon,2011,49:2475-2482”公开了一种制备CNTs/SiC纳米线复合材料的方法，应用原子力显微镜测试其断裂强度为20±6.4GPa。中国专利CN 103061112 A公开了一种碳化硅和碳纳米管的复合材料及其制备方法，该方法是以CNTs宏观体为预制体，采用CVI工艺沉积SiC陶瓷基体来制备复合材料，CNTs宏观体是CNTs纤维或CNTs纤维构成的预制体。