一种纤维增韧SiC陶瓷基复合材料三维构件的制备方法

摘要

本发明公开了一种纤维增韧SiC陶瓷基复合材料三维构件的制备方法，该方法采用液态高残碳树脂添加纤维并浇注光固化模具，树脂聚合固化后，通过热解方法制造可控多孔碳预制体，然后进行高温渗硅，通过硅在碳支架上原位反应制备SiC陶瓷基体，实现SiC陶瓷基复合材料三维构件的制造。该方法具有近净成形变截面复杂结构、无裂纹缺陷、生产周期短、成本低等特点，可应用于发动机叶片等航空航天耐高温复杂结构零件的开发与制造。

主权项

一种纤维增韧SiC陶瓷基复合材料三维构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)设计待制备的三维构件的三维模型，采用光固化快速成型方法制造出待制备的三维构件的负型模具；2)将液态的高残炭树脂与造孔剂按照50:65～100的质量比混合均匀，得到树脂原浆；通过改变造孔剂添加量，来控制待制备的三维构件树脂原型碳化后多孔碳支架微观组织的结构；然后向树脂原浆加入纳米级固体颗粒，以减小待制备的三维构件树脂原型在聚合和碳化过程中的收缩率，得到树脂二次浆；所述的纳米级固体颗粒为质量比是1～3:3～5的粒径100nm～1μm的硅粉与碳化硅粉的混合物，将纳米级固体颗粒与树脂原浆按照4～8:10质量比球磨混合均匀；3)采用先驱体涂覆裂解法，在短纤维的表面制备SiC纤维界面层，提高短纤维抗氧化和抗硅蚀能力，然后将短纤维均匀分散在树脂二次浆中得到树脂浆料；短纤维的加入量为高残炭树脂体积的5～15％；4)将树脂浆料真空搅拌脱气后，在真空条件下，将固化剂加入树脂浆料中，快速搅拌均匀后，真空注入待制备的三维构件的负型模具；所述的固化剂为苯磺酰氯，将高残炭树脂质量2～6％的苯磺酰氯配成溶液，于注入前5～10min加入，树脂浆料与苯磺酰氯溶液的质量比为100：4～8；5)将完成注型的待制备的三维构件的负型模具置于50～80℃恒温干燥箱中保温5～10小时预固化，然后以1～2℃/h的升温速率升至180～200℃并保温5～10小时使树脂浆料完全固化，得到待制备的三维构件树脂原型；6)在保护气氛下，将待制备的三维构件树脂进行树脂碳化，得到待制备的三维构件的三维碳预制体；7)将待制备的三维构件的三维碳预制体埋入硅粉中，放入真空高温烧结炉中，加热使液态硅通过毛细管力渗入待制备的三维构件的三维碳预制体中原位反应生成SiC，然后继续升温至1700℃排硅，随炉冷至室温取出，得到纤维增韧SiC陶瓷基复合材料三维构件。