一種纖維、陶瓷、金屬三維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法;屬于碳陶復(fù)合材 料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] Cf/SiC復(fù)合材料作為一種新型復(fù)合材料，具有高強(qiáng)度、高模量、高硬度、耐高沖擊、 耐1000°CW上高溫、抗氧化、耐酸堿腐蝕、熱膨脹系數(shù)低、比重較輕等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為21世紀(jì) 的夢(mèng)幻材料。但隨著國(guó)防、能源、航空航天等的發(fā)展，對(duì)Cf/SiC復(fù)合材料的性能又出現(xiàn)了新 的需求。不僅需要保留Cf/SiC復(fù)合材料的基本特性，還需要具有良好的初性、延展性、導(dǎo)電 性、導(dǎo)熱性等。為此，出現(xiàn)了金屬陶瓷基復(fù)合材料，用W實(shí)現(xiàn)Cf/SiC復(fù)合材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱等 功能優(yōu)化。
[0003]中國(guó)專利CN103951453A和CN103724028A公布了一種在高溫條件下長(zhǎng)期使用 的金屬陶瓷基復(fù)合材料的制備方法。先是W無(wú)機(jī)纖維和合金絲編織預(yù)成型體，在通過(guò)CVI技 術(shù)進(jìn)行界面和陶瓷基體的制備，最終獲得金屬陶瓷基復(fù)合材料。此方法制備的金屬陶瓷基 復(fù)合材料預(yù)成型體制作繁瑣，不適宜復(fù)雜工件和大規(guī)模生產(chǎn)，且該方法制備的金屬陶瓷基 復(fù)合材料陶瓷基和金屬基不能很好的均勻分布和結(jié)合，對(duì)材料性能有一定的影響。
[0004]同時(shí)，中國(guó)專利CN103938145A和CN104372231A也公開(kāi)了兩種金屬陶瓷基復(fù)合 材料的制備方法。CN103938145A提出了利用等離子噴涂工藝，在合金基體表面噴涂混合 均勻的陶瓷粉。CN104372231A提出了熱壓燒結(jié)制備金屬陶瓷基復(fù)合材料。將陶瓷粉和金 屬粉按一定比例混合，熱壓燒結(jié)。運(yùn)兩種方法制備的金屬陶瓷基復(fù)合材料各組分之間沒(méi)有 有效的結(jié)合，其力學(xué)性能和抗熱震性都不是太好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料制備方法所存在的不足之處， 提供一種導(dǎo)電性能、導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能和抗熱震性能優(yōu)異的纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù) 合材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明一種纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法;包括下述步驟：
[0007]步驟一
[000引將碳纖維預(yù)制件浸潰在浸潰液A中；取出、干燥后置于浸潰液B中，取出后，進(jìn)行固 化處理和燒結(jié)處理；
[0009]所述浸潰液A為含有金屬元素的浸潰液;質(zhì)量比，溶劑:金屬元素=100:8~15;浸 潰液A中所述溶劑選自乙醇、甲苯、苯、水中的至少一種;浸潰液A中所述金屬元素選自浸潰 液A中述金屬元素選自過(guò)渡金屬元素W及侶元素中的至少一種；
[0010] 浸潰液B中含有金屬滲雜的聚甲基硅烷;質(zhì)量比，聚甲基硅烷:金屬元素= 100:1~ 3;浸潰液B中所述金屬元素選自鐵、侶、銅、儀、鋼、錯(cuò)中的至少一種；
[001U步驟二
[001^ 重復(fù)浸潰、固化處理、燒結(jié)處理直至得到密度大于等于1.9g/cm3的成品；所述浸潰 包括在浸潰A中的浸潰和在浸潰B中的浸潰；
[0013] 所述固化處理的溫度為180~250°C;
[0014] 所述燒結(jié)處理的溫度為1000~1300°C。
[0015]為了提局最終廣品的性能;步驟二可按下述方案實(shí)施：
[0016] 重復(fù)浸潰、固化處理、燒結(jié)處理直至得到密度大于等于1.7g/cm3的半成品；所述浸 潰包括在浸潰A中的浸潰和在浸潰B中的浸潰；
[0017] 得到半成品后，按浸潰B液、固化處理、燒結(jié)處理為一個(gè)循環(huán)，重復(fù)循環(huán)操作直至得 到密度大于等于1.9g/cm3的成品。
[0018] 本發(fā)明一種纖維、陶瓷、金屬S維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法；W密度為0.44-0.55g/cm3的碳纖維為骨架，進(jìn)行碳沉積至增重9-75%、優(yōu)選為增重27%-50%后，在保護(hù)氣 氛下，對(duì)預(yù)制件進(jìn)行1550°C~1650°C高溫開(kāi)孔處理2~化，得到所述碳纖維預(yù)制件;所述保 護(hù)氣氛選自Ar、N2中的一種。
[0019] 進(jìn)行碳沉積時(shí)，W丙締為碳源，W氣氣為稀釋氣體，沉積時(shí)控制爐內(nèi)氣壓為2.0- 3.OKPa、溫度為900~1000°C;碳沉積時(shí)，碳源氣體與稀釋氣體的體積比為1:5-1:1。
[0020] 本發(fā)明一種纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法;浸潰液A中；金屬元素 的質(zhì)量百分濃度為8~15%。
[0021] 本發(fā)明一種纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法;浸潰液A中的金屬元 素選自過(guò)渡金屬元素W及侶元素中的至少一種。優(yōu)選41^6、加、化、1〇、1'1、化中的至少一 種。進(jìn)一步優(yōu)選為化、化、化、]?〇、1'1、2'中的至少一種。
[0022] 本發(fā)明一種纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法;浸潰液A中的金屬元 素由金屬有機(jī)化合物和/或可溶性金屬鹽提供。優(yōu)選為由金屬有機(jī)化合物提供。
[0023] 本發(fā)明一種纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法;浸潰液A中；
[0024] Al元素由乙酷丙酬侶、氯化侶、硝酸侶、烷基侶中的至少一種提供;優(yōu)選為由乙酷 丙酬侶和或烷基侶提供；
[0025] Fe元素由乙酷丙酬鐵、氯化鐵、氯化亞鐵、硝酸鐵、二茂鐵中的至少一種提供;優(yōu)選 為由乙酷丙酬鐵和/或二茂鐵提供；
[0026] Cu元素由乙酷丙酬銅、氯化銅、硝酸銅、苯基銅中的至少一種提供;優(yōu)選為由乙酷 丙酬銅和/或苯基銅提供；
[0027] Ni元素由乙酷丙酬儀、氯化儀、硝酸儀、烷基儀中的至少一種提供;優(yōu)選為由乙酷 丙酬儀和/或烷基儀提供；
[00%]Mo元素由二（乙酷丙酬）氧化鋼、氯化鋼中的至少一種提供；優(yōu)選為由二（乙酷丙 酬)氧化鋼提供；
[0029] Ti元素由乙酷丙酬鐵、氯化鐵中的至少一種提供;優(yōu)選為由乙酷丙酬鐵提供；
[0030] 化元素由乙酷丙酬錯(cuò)、氯化錯(cuò)、正下醇錯(cuò)、正丙醇錯(cuò)中的至少一種提供;優(yōu)選為由 乙酷丙酬錯(cuò)、正下醇錯(cuò)、正丙醇錯(cuò)中的至少一種提供。
[0031] 本發(fā)明一種纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法;浸潰液A中述溶劑選 自乙醇、甲苯、苯、水中的至少一種。優(yōu)選為苯。
[0032] 本發(fā)明一種纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法;浸潰液B中，金屬元素 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I~3%，含有金屬滲雜的聚甲基硅烷是通過(guò)下述方法制備的：
[0033] 步驟A
[0034] 將侶粉加入鋼砂中，保護(hù)氣氛下，攬拌，得到備用鋼砂；所述侶粉的粒度為so-so皿，鋼砂的粒度為 0.5-10 皿; 所述備用鋼砂中Al與Na的質(zhì)量比為 1:12~ 1:15;
[0035] 步驟B
[0036] 按化與Si的摩爾比，化:Si= 2.5~1:2~1配取備用鋼砂和單體;在保護(hù)氣氛下，先 將鋼砂裝入反應(yīng)蓋中，然后加入有機(jī)溶劑;攬拌，升溫至70-85°C后，分至少2次將配取的單 體滴入反應(yīng)蓋中，攬拌，進(jìn)行回流反應(yīng);得到反應(yīng)后液;所述單體為二氯甲基硅烷；
[0037] 步驟C
[0038] 在保護(hù)氣氛下，對(duì)步驟B所得反應(yīng)后液進(jìn)行離屯、處理，離屯、所得液體在保護(hù)氣氛下 經(jīng)蒸饋處理，得到聚甲基硅烷；
[0039] 步驟D
[0040] 按質(zhì)量比；聚甲基硅烷:交聯(lián)劑= 100:3.4~36,配取聚甲基硅烷、交聯(lián)劑后溶于有 機(jī)溶劑中，在保護(hù)氣氛下，于40~50°C攬拌反應(yīng)后升溫至120~150°C，繼續(xù)攬拌反應(yīng)，得到 含金屬聚甲基硅烷;所述交聯(lián)劑為乙酷丙酬金屬鹽;所述乙酷丙酬金屬鹽選自乙酷丙酬銅、 乙酷丙酬錯(cuò)、乙酷丙酬鐵、乙酷丙酬儀、二（乙酷丙酬)氧化鋼、乙酷丙酬鐵中的至少一種。
[0041] 步驟A中，步驟B中所述有機(jī)溶劑選自甲苯、二甲苯、苯、四氨巧喃、二甲亞諷中的一 種，所述有機(jī)溶劑優(yōu)選為甲苯。
[0042] 步驟B中，有機(jī)溶劑與所配取單體的體積之比為6:1~8:1。
[0043] 步驟B中，所配取的單體分3-6次加入反應(yīng)蓋中，每次加入采用滴加的方式加入，滴 加的速度為20-30mL/min;每次滴加完成后，攬拌120~ISOmin后再進(jìn)行下一次的滴加。
[0044] 步驟B中，進(jìn)行回流反應(yīng)時(shí)，所用冷凝劑為低粘度硅油;所述硅油的粘度為IOcps-15cps;所述攬拌的速度為100-130轉(zhuǎn)/分鐘。
[0045] 本發(fā)明一種纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法;步驟C所制備的聚甲 基硅烷的分子量為800-900;室溫粘度為0.02-0.03Pa.S。
[0046] 本發(fā)明一種纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法;浸潰浸潰液A時(shí)，將碳 纖維預(yù)制件浸潰在浸潰液A中，真空浸潰0.5-化，取出，放入烘箱中烘干。浸潰浸潰液A時(shí)，控 制真空度小于等于2000化。在本發(fā)明中單次浸潰浸潰液A的時(shí)間為0.5-1小時(shí)。
[0047] 本發(fā)明一種纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法;采用真空浸潰的方式 浸潰浸潰液B;所述真空浸潰為先在室溫真空浸潰1-化然后加熱至60-120°C，真空浸潰1-2h。即單次浸潰B液是為先在室溫真空浸潰1-化然后加熱至60-120°C，真空浸潰1-化。浸潰 時(shí)，控制真空度小于等于2000化。
[004引本發(fā)明一種纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法；固化處理時(shí)，控制真 空度小于等于2000化，單次固化處理的時(shí)間為6-8小時(shí)。
[0049] 本發(fā)明一種纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法;燒結(jié)處理時(shí)，控制真 空度小于等于2000化，單次燒結(jié)的時(shí)間為8-12小時(shí)。
[0050] 本發(fā)明一種纖維、陶瓷、金屬=維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的制備方法;