合成SiC纳米线增韧多层结构SiC‑C/C复合材料的方法

摘要

本发明涉及一种合成SiC纳米线增韧多层结构SiC‑C/C复合材料的方法，通过采用溶胶凝胶法，原位合成SiC纳米线增韧多层结构SiC‑C/C复合材料。溶胶‑凝胶法(Sol‑gel)是以无机物或金属醇盐作为前驱体，经溶胶、凝胶烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构材料的方法。本发明通过溶胶凝胶法在碳毡内部原位合成SiC相基体及SiC纳米线，通过复相界面对裂纹的偏转，纳米线的拔出、脱粘、桥联等作用消耗裂纹能量，提升材料整体力学性能，同时利用SiC相的特性增强材料的抗氧化、抗烧蚀性能。本发明制备方法简单、无污染、成本低廉，对C/C复合材料的整体力学性能、抗烧蚀性、耐磨性能都有显著的提升，亦可应用于其他纤维增强复合材料中，具有很好的经济效益与社会效益。

主权项

一种合成SiC纳米线增韧多层结构SiC‑C/C复合材料的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：在硅溶胶中滴加盐酸，调整pH小于7至酸性；步骤2、制备碳毡‑硅干凝胶体系：将碳纤维预制体放入硅溶胶中浸渍24‑72h；取出预制体，放入恒温箱中烘干12‑24h，恒温箱温度为60‑80℃；最后取出碳纤维预制体，自然降至常温，得到碳毡‑硅干凝胶体系；步骤3、沉积热解碳：①将浸渍干燥后的碳毡‑硅干凝胶体系放入石墨夹具中，填装在CVI炉中，对炉体抽真空，冲入氩气，调至常压，反复若干次，使得炉体内的空气排干净；②打开加热开关，氩气保护下，升温4h，使得温度达到900～1100℃；所述氩气流量为1500ml/min；③打开碳源气体气阀，流量调至80L/min，保持氩气流量不变，保温约3‑5h；④关闭碳源气体气阀，保持氩气流量不变，直至温度降至常温，关闭氩气气阀，关闭总电源，取出沉积后的复合材料；重复步骤2～步骤3多次，从而在碳毡内部形成硅凝胶层与C层的反复交替的多层结构；步骤4、致密化：置入等温CVI炉中，反复抽真空冲入氩气以排净空气；将氩气气氛下4‑5h升至900‑1100℃，打开碳源气体气阀，保温24‑48h，然后关闭碳源气体气阀，降温至室温；步骤5、热处理生长SiC基体及纳米线：采用石墨纸包覆得到的材料，放入横式热处理炉中，抽真空，关闭真空阀，冲入氩气，如此反复若干次，排除炉内空气；升温4‑5h，至1400‑1600℃，氩气保护下，氩气流量为70‑100ml/min；保持氩气流量不变，保温6‑12h；保持氩气流量不变，直至温度降至常温，关闭氩气，得到SiC纳米线增韧的多层结构SiC‑C/C复合材料。