买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：西北工业大学

摘要：本发明涉及一种高强韧、高导热、耐烧蚀陶瓷梯度改性CC复合材料及制备方法。通过常压CVD工艺在低密度CC复合材料中获得碳纤维上原位定向生长的SiC纳米线，构建碳纤维‑SiC纳米线多尺度预制体。并结合陶瓷组元梯度分布的结构设计及后续的致密工艺最终制备了定向SiC纳米线和陶瓷组元梯度分布协同改性CC复合材料。本发明采用催化剂辅助气‑液‑固VLS机制，制备的SiC纳米线在单根碳纤维表面整体定向明显，并在低密度CC内部实现了大面积、可重复地原位定向生长阵列的效果。相比于随机取向的SiC纳米线，原位定向生长的SiC纳米线与基体之间产生纳米尺度机械互锁，从而可以将负载有效地从基体转移到纳米线上，被认为具有更优异的增韧效果。

主权项：1.一种高强韧、高导热、耐烧蚀陶瓷梯度改性CC复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：步骤1、对低密度CC复合材料进行预处理：取密度为0.45~1.2gcm3的低密度CC复合材料，用无水乙醇和去离子水超声清洗10~70min，然后将其放置在60~100℃的烘箱内5~24h，直至于烘干；步骤2、在低密度CC复合材料内定向制备SiC纳米线：将步骤1处理后的低密度CC复合材料置于金属盐催化剂乙醇溶液中浸泡2~24h后取出并烘干，得到负载有催化剂的低密度CC复合材料；将质量百分比为1:0.4:0.5的SiO2、Si、C的混合粉体置于石墨坩埚底部，并将负载有催化剂的低密度CC试样悬挂于坩埚内的粉料上方，将石墨坩埚放置于气氛烧结炉高温反应室；然后在流量为10~200mLmin的氩气气氛保护下，以5~10℃min的升温速率升至1500~1600℃，保温0.5~10h，关闭电源，自然冷却至室温，在低密度CC复合材料内定向制备SiC纳米线；步骤3、陶瓷组元梯度分布引入：将碳化锆有机前驱体与聚碳硅烷按质量百分比为3:1溶于一定量的二甲苯中，通过超声波充分振荡至完全混合，得到前驱体溶液，随后将步骤2中制备的SiC纳米线-低密度CC复合材料在前驱体溶液中悬挂真空浸渍30min，取出，烘干；在浸渍过程中控制复合材料浸入深度为14，然后在流动氩气气氛的保护下，以5℃min的升温速率升至1800℃，保温2h，关闭电源，自然冷却至室温，重复该浸渍、裂解循环，直至复合材料增重低于8%，随后调节二甲苯溶液中碳化锆有机前驱体与聚碳硅烷质量百分比为2:1，并将复合材料浸入深度改为12，重复循环，直至增重低于5%，调节碳化锆有机前驱体与聚碳硅烷质量百分比为4:3，并将浸入深度改为34，重复循环，直至复合材料增重低于2%，最终在CC基体中获得由服役前端到后端呈现ZrC含量逐渐减少，而SiC含量逐渐升高的梯度分布结构；或者，将ZrC、SiC、酚醛树脂按质量百分比为1:0.67:0.3混合于一定量的乙醇溶液中，通过超声波振荡30min，并磁力搅拌15h配制料浆，随后将步骤2中制备的SiC纳米线-低密度CC复合材料在料浆中悬挂真空浸渍30min，取出，烘干；在浸渍过程中控制复合材料浸入深度为14，然后在流动氩气气氛的保护下，以5℃min的升温速率升至190℃，保温3h，随后以1℃min的升温速率升温至900℃，保温3h，关闭电源，自然冷却至室温，重复该浸渍、热处理循环，直至增重低于10%，调节乙醇溶液中ZrC、SiC、酚醛树脂的质量百分比为1:1:0.36，并将复合材料浸入深度改为12，重复循环，直至增重低于7%，调节ZrC、SiC、酚醛树脂的质量百分比为1:1.5:0.45，并将复合材料浸入深度改为34，重复循环，直至试样增重低于3%，最终在CC基体中获得由服役前端到后端呈现ZrC含量逐渐减少，而SiC含量逐渐升高的梯度分布结构；或者，将ZrB2、SiC、酚醛树脂按质量百分比为1:0.67:0.3混合于一定量的乙醇溶液中，通过超声波振荡30min，并球磨混合10h配制料浆，随后将步骤2中制备的SiC纳米线-低密度CC复合材料在料浆中悬挂超声浸渍30min，取出，烘干；在浸渍过程中控制复合材料浸入深度为14，然后在流动氩气气氛的保护下，以7℃min的升温速率升至150℃，保温2h，随后以2℃min的升温速率升温至950℃，保温3h，关闭电源，自然冷却至室温，重复该浸渍、热处理循环，直至增重低于10%，调节乙醇溶液中ZrB2、SiC、酚醛树脂的质量百分比为1:1:0.36，并将复合材料浸入深度改为12，重复循环，直至增重低于7%，调节ZrB2、SiC、酚醛树脂的质量百分比为1:1.5:0.45，并将复合材料浸入深度改为34，重复循环，直至复合材料增重低于3%，最终在CC基体中获得由服役前端到后端呈现ZrB2含量逐渐减少，而SiC含量逐渐升高的梯度分布结构；或者，将ZrC、SiC、酚醛树脂按质量百分比为1:0.6~2:0.2~0.5混合于一定量的乙醇溶液中，通过超声波振荡35min，并磁力搅拌10h配置料浆，随后将带有陶瓷料浆的注射器在步骤二中制备的SiC纳米线-低密度CC复合材料上垂直插入34高度注射，然后逐步减少注射深度，直至料浆溢出；同时在同一注射高度上水平向外螺旋式注射，即首先向复合材料中心注射，然后逐步向外边缘注射，相邻点的距离小于5mm；在减少注射深度的过程中，ZrC、SiC、酚醛树脂在料浆中的质量百分比分别为1:1.5:0.42、1:1:0.36和1:0.67:0.3，然后在流动氩气气氛的保护下，以5℃min的升温速率升至180℃，保温2h，随后以3℃min的升温速率升温至1050℃，保温2.5h，关闭电源，自然冷却至室温；将得到的试样在聚碳硅烷二甲苯溶液中悬挂超声浸渍30min，在浸渍过程中控制复合材料浸入深度为34，然后在流动氩气气氛的保护下，以5℃min的升温速率升至1300℃，保温2h，关闭电源，自然冷却至室温；重复超声浸渍、裂解循环，直至复合材料增重低于1%，最终在CC基体内获得由服役前端到后端呈现ZrC含量逐渐减少，而SiC含量逐渐升高的梯度分布结构；所述的金属盐催化剂乙醇溶液中的金属盐包括：硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硫酸亚铁、硫酸钴、硫酸镍、氯化铁、氯化钴或氯化镍。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 西北工业大学 一种高强韧、高导热、耐烧蚀陶瓷梯度改性C/C复合材料及制备方法