一种纤维、陶瓷、金属三维网络复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种纤维、陶瓷、金属=维网络复合材料的制备方法;属于碳陶复合材 料制备技术领域。
【背景技术】
[0002] Cf/SiC复合材料作为一种新型复合材料，具有高强度、高模量、高硬度、耐高冲击、 耐1000°CW上高溫、抗氧化、耐酸碱腐蚀、热膨胀系数低、比重较轻等优点，被公认为21世纪 的梦幻材料。但随着国防、能源、航空航天等的发展，对Cf/SiC复合材料的性能又出现了新 的需求。不仅需要保留Cf/SiC复合材料的基本特性，还需要具有良好的初性、延展性、导电 性、导热性等。为此，出现了金属陶瓷基复合材料，用W实现Cf/SiC复合材料的导电、导热等 功能优化。
[0003]中国专利CN103951453A和CN103724028A公布了一种在高溫条件下长期使用 的金属陶瓷基复合材料的制备方法。先是W无机纤维和合金丝编织预成型体，在通过CVI技 术进行界面和陶瓷基体的制备，最终获得金属陶瓷基复合材料。此方法制备的金属陶瓷基 复合材料预成型体制作繁琐，不适宜复杂工件和大规模生产，且该方法制备的金属陶瓷基 复合材料陶瓷基和金属基不能很好的均匀分布和结合，对材料性能有一定的影响。
[0004]同时，中国专利CN103938145A和CN104372231A也公开了两种金属陶瓷基复合 材料的制备方法。CN103938145A提出了利用等离子喷涂工艺，在合金基体表面喷涂混合 均匀的陶瓷粉。CN104372231A提出了热压烧结制备金属陶瓷基复合材料。将陶瓷粉和金 属粉按一定比例混合，热压烧结。运两种方法制备的金属陶瓷基复合材料各组分之间没有 有效的结合，其力学性能和抗热震性都不是太好。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有纤维、陶瓷、金属=维网络复合材料制备方法所存在的不足之处， 提供一种导电性能、导热性能、力学性能和抗热震性能优异的纤维、陶瓷、金属=维网络复 合材料的制备方法。
[0006]本发明一种纤维、陶瓷、金属=维网络复合材料的制备方法;包括下述步骤：
[0007]步骤一
[000引将碳纤维预制件浸溃在浸溃液A中；取出、干燥后置于浸溃液B中，取出后，进行固 化处理和烧结处理；
[0009]所述浸溃液A为含有金属元素的浸溃液;质量比，溶剂:金属元素=100:8~15;浸 溃液A中所述溶剂选自乙醇、甲苯、苯、水中的至少一种;浸溃液A中所述金属元素选自浸溃 液A中述金属元素选自过渡金属元素W及侣元素中的至少一种；
[0010] 浸溃液B中含有金属渗杂的聚甲基硅烷;质量比，聚甲基硅烷:金属元素= 100:1~ 3;浸溃液B中所述金属元素选自铁、侣、铜、儀、钢、错中的至少一种；
[001U步骤二
[001^ 重复浸溃、固化处理、烧结处理直至得到密度大于等于1.9g/cm3的成品；所述浸溃 包括在浸溃A中的浸溃和在浸溃B中的浸溃；
[0013] 所述固化处理的溫度为180~250°C;
[0014] 所述烧结处理的溫度为1000~1300°C。
[0015]为了提局最终广品的性能;步骤二可按下述方案实施：
[0016] 重复浸溃、固化处理、烧结处理直至得到密度大于等于1.7g/cm3的半成品；所述浸 溃包括在浸溃A中的浸溃和在浸溃B中的浸溃；
[0017] 得到半成品后，按浸溃B液、固化处理、烧结处理为一个循环，重复循环操作直至得 到密度大于等于1.9g/cm3的成品。
[0018] 本发明一种纤维、陶瓷、金属S维网络复合材料的制备方法；W密度为0.44-0.55g/cm3的碳纤维为骨架，进行碳沉积至增重9-75%、优选为增重27%-50%后，在保护气 氛下，对预制件进行1550°C~1650°C高溫开孔处理2~化，得到所述碳纤维预制件;所述保 护气氛选自Ar、N2中的一种。
[0019] 进行碳沉积时，W丙締为碳源，W氣气为稀释气体，沉积时控制炉内气压为2.0- 3.OKPa、溫度为900~1000°C;碳沉积时，碳源气体与稀释气体的体积比为1:5-1:1。
[0020] 本发明一种纤维、陶瓷、金属=维网络复合材料的制备方法;浸溃液A中；金属元素 的质量百分浓度为8~15%。
[0021] 本发明一种纤维、陶瓷、金属=维网络复合材料的制备方法;浸溃液A中的金属元 素选自过渡金属元素W及侣元素中的至少一种。优选41^6、加、化、1〇、1'1、化中的至少一 种。进一步优选为化、化、化、]?〇、1'1、2'中的至少一种。
[0022] 本发明一种纤维、陶瓷、金属=维网络复合材料的制备方法;浸溃液A中的金属元 素由金属有机化合物和/或可溶性金属盐提供。优选为由金属有机化合物提供。
[0023] 本发明一种纤维、陶瓷、金属=维网络复合材料的制备方法;浸溃液A中；
[0024] Al元素由乙酷丙酬侣、氯化侣、硝酸侣、烷基侣中的至少一种提供;优选为由乙酷 丙酬侣和或烷基侣提供；
[0025] Fe元素由乙酷丙酬铁、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、二茂铁中的至少一种提供;优选 为由乙酷丙酬铁和/或二茂铁提供；
[0026] Cu元素由乙酷丙酬铜、氯化铜、硝酸铜、苯基铜中的至少一种提供;优选为由乙酷 丙酬铜和/或苯基铜提供；
[0027] Ni元素由乙酷丙酬儀、氯化儀、硝酸儀、烷基儀中的至少一种提供;优选为由乙酷 丙酬儀和/或烷基儀提供；
[00%]Mo元素由二（乙酷丙酬）氧化钢、氯化钢中的至少一种提供；优选为由二（乙酷丙 酬)氧化钢提供；
[0029] Ti元素由乙酷丙酬铁、氯化铁中的至少一种提供;优选为由乙酷丙酬铁提供；
[0030] 化元素由乙酷丙酬错、氯化错、正下醇错、正丙醇错中的至少一种提供;优选为由 乙酷丙酬错、正下醇错、正丙醇错中的至少一种提供。
[0031] 本发明一种纤维、陶瓷、金属=维网络复合材料的制备方法;浸溃液A中述溶剂选 自乙醇、甲苯、苯、水中的至少一种。优选为苯。
[0032] 本发明一种纤维、陶瓷、金属=维网络复合材料的制备方法;浸溃液B中，金属元素 的质量分数为I~3%，含有金属渗杂的聚甲基硅烷是通过下述方法制备的：
[0033] 步骤A
[0034] 将侣粉加入钢砂中，保护气氛下，揽拌，得到备用钢砂；所述侣粉的粒度为so-so皿，钢砂的粒度为 0.5-10 皿; 所述备用钢砂中Al与Na的质量比为 1:12~ 1:15;
[0035] 步骤B
[0036] 按化与Si的摩尔比，化:Si= 2.5~1:2~1配取备用钢砂和单体;在保护气氛下，先 将钢砂装入反应蓋中，然后加入有机溶剂;揽拌，升溫至70-85°C后，分至少2次将配取的单 体滴入反应蓋中，揽拌，进行回流反应;得到反应后液;所述单体为二氯甲基硅烷；
[0037] 步骤C
[0038] 在保护气氛下，对步骤B所得反应后液进行离屯、处理，离屯、所得液体在保护气氛下 经蒸馈处理，得到聚甲基硅烷；
[0039] 步骤D
[0040] 按质量比；聚甲基硅烷:交联剂= 100:3.4~36,配取聚甲基硅烷、交联剂后溶于有 机溶剂中，在保护气氛下，于40~50°C揽拌反应后升溫至120~150°C，继续揽拌反应，得到 含金属聚甲基硅烷;所述交联剂为乙酷丙酬金属盐;所述乙酷丙酬金属盐选自乙酷丙酬铜、 乙酷丙酬错、乙酷丙酬铁、乙酷丙酬儀、二（乙酷丙酬)氧化钢、乙酷丙酬铁中的至少一种。
[0041] 步骤A中，步骤B中所述有机溶剂选自甲苯、二甲苯、苯、四氨巧喃、二甲亚讽中的一 种，所述有机溶剂优选为甲苯。
[0042] 步骤B中，有机溶剂与所配取单体的体积之比为6:1~8:1。
[0043] 步骤B中，所配取的单体分3-6次加入反应蓋中，每次加入采用滴加的方式加入，滴 加的速度为20-30mL/min;每次滴加完成后，揽拌120~ISOmin后再进行下一次的滴加。
[0044] 步骤B中，进行回流反应时，所用冷凝剂为低粘度硅油;所述硅油的粘度为IOcps-15cps;所述揽拌的速度为100-130转/分钟。
[0045] 本发明一种纤维、陶瓷、金属=维网络复合材料的制备方法;步骤C所制备的聚甲 基硅烷的分子量为800-900;室溫粘度为0.02-0.03Pa.S。
[0046] 本发明一种纤维、陶瓷、金属=维网络复合材料的制备方法;浸溃浸溃液A时，将碳 纤维预制件浸溃在浸溃液A中，真空浸溃0.5-化，取出，放入烘箱中烘干。浸溃浸溃液A时，控 制真空度小于等于2000化。在本发明中单次浸溃浸溃液A的时间为0.5-1小时。
[0047] 本发明一种纤维、陶瓷、金属=维网络复合材料的制备方法;采用真空浸溃的方式 浸溃浸溃液B;所述真空浸溃为先在室溫真空浸溃1-化然后加热至60-120°C，真空浸溃1-2h。即单次浸溃B液是为先在室溫真空浸溃1-化然后加热至60-120°C，真空浸溃1-化。浸溃 时，控制真空度小于等于2000化。
[004引本发明一种纤维、陶瓷、金属=维网络复合材料的制备方法；固化处理时，控制真 空度小于等于2000化，单次固化处理的时间为6-8小时。
[0049] 本发明一种纤维、陶瓷、金属=维网络复合材料的制备方法;烧结处理时，控制真 空度小于等于2000化，单次烧结的时间为8-12小时。
[0050] 本发明一种纤维、陶瓷、金属=维网络复合材料的制备方法;