【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高致密度纤维增强sibcn陶瓷基复合材料及其制备方法，属于复合材料制备领域。
技术介绍
1、sibcn陶瓷作为一种高温热结构材料，自从上个世纪90年代报道以来，因其具备优异的耐高温(耐温性高达2000οc)、抗氧化、抗热震以及良好的热化学兼容性受到越来越多学着的广泛的关注和研究。但是因为纯sibcn陶瓷的脆性大这一致命缺陷，限制了陶瓷相的进一步使用。将纤维与sibcn陶瓷基体结合起来制备纤维增强sibcn基复合材料是一种理想的方法，既克服了纯陶瓷的脆性，同时又充分发挥了纤维的增强增韧作用，是一种应用于飞行器热端结构件的理想耐高温材料。
2、目前，在纤维预制体内部制备sibcn陶瓷较为普遍的方法是前驱体浸渍裂解法，主要是将有机前驱体聚硼硅氮烷多次浸渍纤维预制体，然后升至高温进行热处理，前驱体中的有机分子在高温下发生脱氢、交联和聚合等一系列反应，进而获得非晶态的sibcn陶瓷，然而采用sibcn陶瓷前驱体浸渍裂解法存在三个明显明显的缺陷：一是前驱体原料及有机溶剂比较昂贵且毒性大；二是前驱体在裂解过程中会不断有小分子溢出，造成基体开裂收缩，从而产生裂纹，材料在服役服役过程中环境中的含氧组分会通过裂纹侵蚀内部纤维和基体；三是单纯采用前驱体浸渍裂解法制备的材料时，由于基体开裂和体积收缩容易造成材料孔隙率偏高。申请号为201710980481.0的中国专利公开了一种致密cf/sibcn陶瓷基复合及其制备方法，其公开了采用pip法制备纯sibcn陶瓷基体，所制备材料孔隙率低于10％，但是其所制备材料孔隙率基本都在
技术实现思路
1、针对现阶段采用pip法制备sibcn基体存在密度偏低及抗氧化性不足等现状，本专利技术提供了一种高致密度纤维增强sibcn陶瓷基复合材料及其制备方法。
2、一方面，本专利技术提供了一种高致密度纤维增强sibcn陶瓷基复合材料的制备方法，包括：先采用化学气相渗透法在纤维预制体中实现sibcn基体的初步沉积，再依次采用前驱体浸渍裂解法和二次化学气相渗透法实现sibcn基体在纤维预制体中的致密化，得到所述高致密度纤维增强sibcn陶瓷基复合材料。
3、本专利技术中，采用cvi+pip+cvi法联合使用制备材料，采用本方法不仅适用于碳纤维预制体，同时适用于sic纤维预制体，制备的纤维增强sibcn陶瓷基复合材料不仅具备较低的孔隙率、较高的密度，同时具备优异的高温抗氧化性能，所制备材料性能可以在一定程度上满足工程化应用需求。
4、较佳的，所述纤维预制体包括碳纤维预制体和sic纤维预制体；
5、所述碳纤维预制体包括碳纤维针刺预制体、碳纤维二维布叠层预制体或碳纤维二维布缝合预制体；优选，所述碳纤维为t300、t700或m40；
6、所述sic纤维预制体包括sic纤维布、sic纤维二维叠层预制体、sic纤维二维缝合预制体、sic纤维三维编织预制体、sic纤维2.5d编织预制体。
7、较佳的，所述纤维预制体中纤维表面沉积有界面相层；所述界面相层包括为pyc界面相层、bn界面相层、pyc与sic交替沉积的多层(pyc/sic)m界面相层、bn与sic交替沉积的多层(bn/sic)n界面相层；其中m≥1，n≥1；所述界面相层的总厚度为50～5000nm。
8、较佳的，所述化学气相渗透法的参数包括：以nh3为氮源，以bcl3为硼源，三氯甲基硅烷mts为硅源和碳源，h2为载气，n2和ar为稀释气体，向炉内通入前驱体，在0.01～3kpa，600～1000℃下沉积1～200h，得到第一阶段sibcn陶瓷基复合材料。
9、又，较佳的，所述nh3和bcl3的摩尔比为0.5～20；所述bcl3和mts的摩尔比为0.3～30；所述稀释气体中n2和bcl3的摩尔比为5～25；所述n2和ar的摩尔比为0.5～10。
10、较佳的，所述前驱体浸渍裂解法pip制备sibcn陶瓷基体所用前驱体为聚硼硅氮烷；所述前驱体的粘度为20mpa·s以下；所述前驱体所使用自由基引发剂为过氧类引发剂或/和偶氮类引发剂；所述自由基引发剂的加入量为聚硼硅氮烷质量的0.1～5wt％；
11、优选地，所述过氧类引发剂为过氧化十二酰、过氧化二异丙苯中的至少一种；所述偶氮类引发剂为偶氮二异庚睛。
12、较佳的，所述前驱体浸渍裂解法制备sibcn陶瓷基体的过程包括：浸渍、固化和裂解，得到第二阶段sibcn陶瓷基复合材料；
13、所述浸渍的时间为1～2h，浸渍的压力为0pa～5mpa；
14、所述固本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高致密度纤维增强SiBCN陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：先采用化学气相渗透法在纤维预制体中实现SiBCN基体的初步沉积，再依次采用前驱体浸渍裂解法和二次化学气相渗透法实现SiBCN基体在纤维预制体中的致密化，得到所述高致密度纤维增强SiBCN陶瓷基复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纤维预制体包括碳纤维预制体和SiC纤维预制体；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纤维预制体中纤维表面沉积有界面相层；所述界面相层包括为PyC界面相层、BN界面相层、PyC与SiC交替沉积的多层(PyC/SiC)m界面相层、BN与SiC交替沉积的多层(BN/SiC)n界面相层；其中m≥1，n≥1；所述界面相层的总厚度为50～5000nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相渗透法的参数包括：以NH3为氮源，以BCl3为硼源，三氯甲基硅烷MTS为硅源和碳源，H2为载气，N2和Ar为稀释气体，向炉内通入前驱体，在0.01～3KPa，600～1000℃下沉积1～200h，得到第一阶段S
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述NH3和BCl3的摩尔比为0.5～20；所述BCl3和MTS的摩尔比为0.3～30；所述稀释气体中N2和BCl3的摩尔比为5～25；所述N2和Ar的摩尔比为0.5～10。
6.根据权利要求1-5所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体浸渍裂解法PIP制备SiBCN陶瓷基体所用前驱体为聚硼硅氮烷；所述前驱体的粘度为20mpa·S以下；所述前驱体所使用自由基引发剂为过氧类引发剂或/和偶氮类引发剂；所述自由基引发剂的加入量为聚硼硅氮烷质量的0.1～5wt％；
7.根据权利要求1-6所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体浸渍裂解法制备SiBCN陶瓷基体的过程包括：浸渍、固化和裂解，得到第二阶段SiBCN陶瓷基复合材料；
8.根据权利要求1-7所述的制备方法，其特征在于，所述二次化学气相渗透法的参数包括：以NH3为氮源，以BCl3为硼源，三氯甲基硅烷MTS为硅源和碳源，H2为载气，N2和Ar为稀释气体，向炉内通入前驱体，在0.01～3KPa，600～1000℃下沉积5～200h，得到第三阶段SiBCN陶瓷基复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，其中NH3和BCl3的摩尔比为0.5～20，BCl3和MTS的摩尔比为0.05～5，稀释气体N2和BCl3的摩尔比为5～25，N2和Ar的摩尔比为0.5～10。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法，其特征在于，采用化学气相渗透法实现SiBCN基体的初步沉积，得到第一阶段SiBCN陶瓷基复合材料，所述第一阶段SiBCN陶瓷基复合材料的孔隙率控制在30％以下；
11.一种根据权利要求1-10所述的制备方法制备的高致密度纤维增强SiBCN陶瓷基复合材料其特征在于，所述高致密度纤维增强SiBCN陶瓷基复合材料的弯曲强度为200～550MPa，孔隙率≤6％。
...【技术特征摘要】
1.一种高致密度纤维增强sibcn陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：先采用化学气相渗透法在纤维预制体中实现sibcn基体的初步沉积，再依次采用前驱体浸渍裂解法和二次化学气相渗透法实现sibcn基体在纤维预制体中的致密化，得到所述高致密度纤维增强sibcn陶瓷基复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纤维预制体包括碳纤维预制体和sic纤维预制体；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纤维预制体中纤维表面沉积有界面相层；所述界面相层包括为pyc界面相层、bn界面相层、pyc与sic交替沉积的多层(pyc/sic)m界面相层、bn与sic交替沉积的多层(bn/sic)n界面相层；其中m≥1，n≥1；所述界面相层的总厚度为50～5000nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相渗透法的参数包括：以nh3为氮源，以bcl3为硼源，三氯甲基硅烷mts为硅源和碳源，h2为载气，n2和ar为稀释气体，向炉内通入前驱体，在0.01～3kpa，600～1000℃下沉积1～200h，得到第一阶段sibcn陶瓷基复合材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述nh3和bcl3的摩尔比为0.5～20；所述bcl3和mts的摩尔比为0.3～30；所述稀释气体中n2和bcl3的摩尔比为5～25；所述n2和ar的摩尔比为0.5～10。
6.根据权利要求1-5所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体浸渍裂解法pip制...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖春景，董绍明，靳喜海，杨金山，罗瀚，薛玉冬，刘大海，顾炎，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：
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