【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空航天材料制备，具体是一种短碳纤维增韧三元陶瓷基复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、超高温陶瓷（如zrb2、zrc、hfb2、hfc、tab2、tac、tib2、tic、hfn等）具有优异的物理和化学性能，如高熔点、高硬度、高模量、良好的抗热震及抗氧化性能等，这使其成为航空航天领域超高温结构应用的潜在候选者。然而，由于超高温陶瓷本身的强共价键和低自扩散系数，在不添加烧结助剂的情况下往往需要极高的温度（>2000℃），才能实现致密化。虽然添加烧结助剂（如ni、nb、mo、mosi2、zrsi2、si3n4、aln、wc等）可以显著降低超高温陶瓷的烧结致密化温度并产生细晶粒微观结构，但是这些烧结助剂残留在陶瓷基体中会形成低熔点的中间相，在高温下会导致材料发生蠕变，严重影响材料的高温性能。
2、另外，虽然超高温陶瓷具有很多优势，但是其较差的抗断裂性和损伤容限限制了其应用。为了提升超高温陶瓷的韧性，在超高温陶瓷基体中引入短碳纤维是一种有效的增韧方法，能够得到超高温陶瓷基复合材料。超高温陶瓷基复合材料是以 zr、hf 和 ta 等过渡金属的碳化物或硼化物等陶瓷相为基体, 颗粒和纤维等为增韧相的一类复合材料, 通常可以在 2000℃以上的氧化环境中保持长时间非烧蚀, 是最具潜力的超高温热防护材料。
3、但是如何将短碳纤维均匀分散在基体中是一个较难解决的问题。目前，国内外常用的短碳纤维分散方法是通过将短碳纤维加入到陶瓷基体粉末中进行球磨分散，球磨是一种利用球作为介质，通过撞击、挤压、摩擦等方式实
4、此外，当前制备短碳纤维增韧陶瓷基复合材料的常用方法是将球磨混合均匀后的短碳纤维与陶瓷粉末干燥后进行热压烧结，干燥后会导致细颗粒的陶瓷粉末团聚，阻碍烧结致密化。而且，热压烧结所需要较高的温度也会导致纤维的侵蚀损伤。并且，原料中通常含有部分氧化物，氧化物的存在会导致晶粒长大，这也会阻碍致密化。
5、因此，制备短碳纤维增韧超高温陶瓷基复合材料涉及到短碳纤维的分散、损伤、烧结致密化困难以及较高的热压烧结温度等问题。中国专利cn105906360a公开了一种胶体分散短切碳纤维增韧的二硼化锆基复合材料及其制备方法，其利用酚醛树脂与聚乙烯亚胺发生交联反应，将短切碳纤维均匀分散于胶体中，克服了传统球磨混料时造成的纤维磨损问题；该专利采用的是胶体分散工艺，方案和构思均不同于本专利技术的短纤维分散法以及利用反应热压烧结来制备的方法。
6、中国专利cn105693261a公开了一种zrb2-sic-cf超高温陶瓷复合材料及其制备方法，其将原料粉体与碳纤维加入到无水乙醇中进行超声清洗，球磨干燥后进行热压烧结；该专利采用的是球磨法，在球磨混料过程会对碳纤维造成研磨损伤及长度的减小，不利于发挥纤维的性能。同时该专利的方案和构思也均不同于本专利技术的短纤维分散法以及利用反应热压烧结来制备的方法。
7、中国专利cn107814576a公开了一种原位反应制备mb2-mc-bn超高温陶瓷基复合材料的方法，将mn（m=ti、zr、hf或ta）和b4c粉混合，在热压炉内进行原位反应热压烧结或在放电等离子体烧结炉内进行反应烧结；该专利没有添加短纤维，这使得最终的超高温陶瓷基复合材料仍然具有脆性；并且该专利的反应烧结体系以及最终的三元陶瓷基体也与本专利技术不同。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种短碳纤维增韧三元陶瓷基复合材料及其制备方法，本专利技术提供的制备方法能够制备得到短碳纤维增韧三元超高温陶瓷基复合材料，所述复合材料中的短碳纤维分布均匀、长度较长，所述复合材料的抗弯强度和断裂韧性高，致密化程度好。
2、本专利技术提供了一种短碳纤维增韧三元陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
3、s1）将短碳纤维用气体吹散加入至陶瓷基体混合浆料中进行分散，得到分散后的混合浆料；所述陶瓷基体混合浆料包括meb2、mec、b4c、si和树脂，所述me为过渡金属；
4、s2）将步骤s1）得到的分散后的混合浆料干燥后进行混炼，得到混合胶泥；
5、s3）将步骤s2）得到的混合胶泥进行反应热压烧结，得到短碳纤维增韧三元陶瓷基复合材料。
6、本专利技术首先将短碳纤维用气体吹散加入至陶瓷基体混合浆料中进行分散，得到分散后的混合浆料。通过气体吹散的短碳纤维加入方式，能够使得短碳纤维均匀分布在陶瓷基体混合浆料中，保证短碳纤维均匀分散，同时能够减小现有技术中将短碳纤维和陶瓷基体一同球磨混合为陶瓷基体混合浆料造成的磨损损伤，并能够具有较好的长度保留，充分发挥了短碳纤维的增韧效果。本专利技术所述短碳纤维的长度为2 mm~30 mm。本专利技术所述气体吹散采用压力为0.5 mpa~0.8 mpa的气体进行。本专利技术所述分散的时间为10 min~60 min。在本专利技术的一个实施例中，所述分散为超声分散。本专利技术所述分散后的混合浆料中的短碳纤维的界面相为pyc、bn或pyc-sic，所述界面相的厚度为400 nm~1200 nm。
7、本专利技术所述陶瓷基体混合浆料包括meb2、mec、b4c、si和树脂，所述me为过渡金属，所述过渡金属包括zr、hf、ti或ta。本专利技术所述meb2、mec、b4c和si的粒径独立地为0.2 μm~5μm，质量纯度为98%~99.9%。本专利技术所述树脂的残碳含量为2%~60%。在本专利技术的某些实施例中，所述树脂选自酚醛树脂、聚乙烯醇缩丁醛或者聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。本专利技术所述树脂的量占所述meb2、mec、b4c和si总量的1 wt%~5 wt%，所述meb2、mec、b4c和si的量则通过最终所得短碳纤维增韧三元陶瓷基复合材料的中各基体的体积分数反推得到。
8、本专利技术所述陶瓷基体混合浆料由meb2、mec、b4c、si和树脂进行湿法球磨混合得到。具体而言，所述陶瓷基体混合浆料以meb2、mec、b4c和si为基体原料，以树脂为粘结剂，以无水乙醇为介质进行湿法球磨混合得到。本专利技术所述湿法球磨的转速为200 r/min~500 r/min，所述湿法球磨的球料比为（5~20）：1，所述湿法球磨的时间为5 h~24 h。树脂球磨后可以包裹在基体原料粉体上，后续当温度达到较高温度时，树脂会裂解转化为残余碳，残余碳有较高的活性，可以与原料在生产及球磨过程中引入的氧化物反应，促进烧结。
9、本专利技术得到分散后的混合浆料后，将所述分散后的混合浆料干燥后进行混炼，得到混合胶泥。具体而言，将所述分散后的混合浆料干燥至粘度为600 pa.s~2000 pa.s后进行混炼。在本专利技术的某些实施例中，将分散后的混合浆料自然干燥至粘度为600 pa.s~2000pa.s后投入混炼机中搅拌进行混炼。为了确保短碳纤维均匀分布，所述混炼的时间为5 min~30 min本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种短碳纤维增韧三元陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1）中，所述气体吹散采用压力为0.5 MPa~0.8 MPa的气体进行。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1）中，所述分散后的混合浆料中的短碳纤维的界面相为PyC、BN或PyC-SiC，所述界面相的厚度为400 nm~1200 nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1）中，所述树脂的残碳含量为2%~60%。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1）中，所述树脂的量占所述MeB2、MeC、B4C和Si总量的1 wt%~5 wt%。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1）中，所述短碳纤维的长度为2mm~30 mm；
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1）中，所述陶瓷基体混合浆料由MeB2、MeC、B4C、Si和树脂进行湿法球磨混合得到；
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于
9.权利要求1~8中任一所述的制备方法得到的短碳纤维增韧三元陶瓷基复合材料。
10.根据权利要求9所述的短碳纤维增韧三元陶瓷基复合材料，其特征在于，其包括MeB2、MeC、SiC和短碳纤维；
...【技术特征摘要】
1.一种短碳纤维增韧三元陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1）中，所述气体吹散采用压力为0.5 mpa~0.8 mpa的气体进行。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1）中，所述分散后的混合浆料中的短碳纤维的界面相为pyc、bn或pyc-sic，所述界面相的厚度为400 nm~1200 nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1）中，所述树脂的残碳含量为2%~60%。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1）中，所述树脂的量占所述meb2、mec、b4c和si总...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆毅，王震，吴郑敏，刘辉，戚芳，徐婷，
申请(专利权)人：乌镇实验室，
类型：发明
国别省市：
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