一种连续氧化物纤维织物表面涂层的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于连续纤维增强陶瓷基复合材料制备技术，涉及一种连续氧化物纤维织物表面涂层的制备方法。
【背景技术】
[0002]连续纤维增强的复合材料具有低密度、高比强、高比模、耐高温、抗氧化、可靠性好等特点，是高性能航空发动机材料的发展方向。其中，陶瓷基复合材料(CMC)是一种使用温度较高(1650°C )而密度较低(2.5g/cm3?3.3g/cm3)的结构材料，其有望替代密度大于
8.0g/cm3的镍基或单晶镍合金作为发动机的燃烧室、火焰稳定器、内锥体、尾喷管、蜗轮外环以及高压涡轮、低压涡轮等部件。与已在航空发动机上成功地通过了演示验证的SiCf/SiC复合材料相比，氧化物纤维增强氧化物陶瓷基复合材料的抗氧化性能更好、成本更低，其有可能在1000°C?1300°C的燃气环镜中长期使用。
[0003]纤维、基体和界面是纤维增强复合材料的三大要素，在纤维增强陶瓷基复合材料中，界面层是连接增强相纤维和连续相基体的纽带，界面层组分和结构决定纤维与基体之间的结合强度，决定了增韧效果。纤维增强陶瓷基复合材料在外部载荷作用下的断裂行为主要包括裂纹偏转、微裂纹形成、界面解离、纤维断裂以及纤维拔出等形式，其中纤维拔出是最重要的能量释放途径，而界面解离是纤维由基体拔出的前提条件。若界面结合力较强，陶瓷纤维难以起到增韧的效果，导致材料在外部载荷冲击下出现脆性断裂；若界面结合强度过低，基体无法通过界面将外部载荷传递到陶瓷纤维上，难以起到增强的作用。因此，界面层是影响陶瓷基复合材料力学性能直接和关键因素之一，必须在制备过程中加以严格的设计和控制。
[0004]目前，纤维增强陶瓷基复合材料界面层主要包括热解碳界面层和BN界面层，但是热解碳和BN界面主要针对非氧化物连续纤维增强陶瓷基复合材料，由于氧化物纤维增强氧化物陶瓷基复合材料主要用于氧气及燃气环境中，服役条件比较苛刻，热解碳和BN界面无法满足服役环境下的抗氧化、长寿命及高可靠性要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是:提供一种耐高温、抗氧化的氧化物纤维表面磷酸盐涂层的制备方法。
[0006]本发明的技术方案是:该方法的操作步骤如下:
[0007](6)连续纤维预制体预处理
[0008]通过高温热处理的物理方式或溶剂溶解的化学方式去除连续纤维预制体表面上浆剂后，待用；
[0009](7)涂层相前驱液的制备
[0010]通过溶液搅拌混合的方式制备涂层前驱液，前驱液为下列混合溶液中的一种或几种，硝酸盐和植酸混合溶液、硝酸盐和磷酸、柠檬酸混合溶液、硝酸盐和磷酸二氢铵混合溶液，涂层前驱液中硝酸盐的浓度为30-80% ；
[0011 ] (8)连续氧化物纤维预制体浸渍过程
[0012]将预处理好的连续氧化物纤维预制体浸入上述先驱体溶液中10-20S后取出，放入50-100°C的去离子水中，并不断搅拌5-15min，取出后用去离子水冲洗纤维布表面，以除去溶液中的离子和表面松散的固体；
[0013](9)涂层的干燥及热处理过程
[0014]将上述浸渍了先驱体溶液的纤维预制体放入烘箱中干燥，干燥后置于马弗炉中进行热处理，浸渍前驱液的纤维预制体在烘箱中干燥，干燥温度为80-150°C，干燥时间为10-20min，热处理温度在500-1100°C，热处理时间为3_10min ；
[0015](10)涂层厚度的控制
[0016]将上述热处理后的纤维预制体反复进行(3)、(4)步骤，直到获得理想的涂层厚度。
[0017]本发明的优点和有益效果是:
[0018]第一、本发明制备的磷酸盐涂层与大多数氧化物健接强度低，本身无毒、不溶于水、酸和碱溶液，熔点高，且高温稳定性好(>1400°C )，硬度低(5GPa)，在纤维-基体滑移时易于形成塑性变形，是理想的氧化物纤维的涂层材料。
[0019]第二、本发明制备的磷酸盐涂层界面起到了保护纤维在基体致密化过程中不受基体前驱体以及热处理过程热损伤的作用，同时磷酸盐的独居石结构，在纤维与基体间形成弱界面，最大限度的提高复合材料的强度及韧性。此外，磷酸盐的抗氧化性大大提高了复合材料的寿命和可靠性。
[0020]第三，该发明设备要求低，无需像裂解碳及BN界面制备过程中采用的CVD设备，无需气氛保护，在空气气氛中即可完成，且制备周期短，2-3小时即可实现理想涂层厚度制备。
[0021]第四，该发明采用的原料来源广泛，成本低，操作简单、安全易行。
[0022]第五，本发明制备的界面涂层可以通过纤维在前驱体溶液中的浸渍时间、次数控制涂层的结构和厚度，结构设计灵活、可控，可根据不同的使用要求及基体特性进行设计。
【附图说明】
[0023]图1是本发明制备方法流程图。
【具体实施方式】
[0024]该方法的操作步骤如下:
[0025](11)连续纤维预制体预处理
[0026]通过高温热处理的物理方式或溶剂溶解的化学方式去除连续纤维预制体表面上浆剂后，待用；
[0027](12)涂层相前驱液的制备
[0028]通过溶液搅拌混合的方式制备涂层前驱液，前驱液为下列混合溶液中的一种或几种，硝酸盐和植酸混合溶液、硝酸盐和磷酸、柠檬酸混合溶液、硝酸盐和磷酸二氢铵混合溶液，涂层前驱液中硝酸盐的浓度为30-80% ；
[0029](13)连续氧化物纤维预制体浸渍过程
[0030]将预处理好的连续氧化物纤维预制体浸入上述先驱体溶液中10-20S后取出，放入50-100°C的去离子水中，并不断搅拌5-15min，取出后用去离子水冲洗纤维布表面，以除去溶液中的离子和表面松散的固体；
[0031](14)涂层的干燥及热处理过程
[0032]将上述浸渍了先驱体溶液的纤维预制体放入烘箱中干燥，干燥后置于马弗炉中进行热处理，浸渍前驱液的纤维预制体在烘箱中干燥，干燥温度为80-150°C，干燥时间为10-20min，热处理温度在500-1100°C，热处理