本发明涉及一种陶瓷新材料，具体涉及一种陶瓷基复合材料的制备方法。
背景技术：
陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。随着该材料使用环境的不断扩展，对其性能、可加工性和整体性均提出了新的要求，现有的陶瓷基复合材料生产成本较高。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：陶瓷基复合材料一个不足之处在于，在外力作用下，在材料表面或内部微裂纹尖端产生应力集中，裂纹扩展形成表面能以消耗能量，因而裂纹的扩展速度极其迅速，往往在瞬间就使陶瓷材料破坏，本发明提供了解决上述问题的陶瓷基复合材料的制备方法，大大降低生产成本低，适合于工业化批量生产，且获得的陶瓷基复合材料具有较高的强度和防开裂性能。
本发明通过下述技术方案实现：
陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，对碳纤维预制体进行预处理；
步骤2，浆液配制：称取原料碳化硅粉末、高岭土粉末、铝土矿粉末、硅酸钠、二甲基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷、增强剂、氧化锌混合成浆料；
步骤3，浆液浸渍：将步骤1处理后的碳纤维预制体置于步骤2制备的混合浆料中进行浸渍，然后经热处理、冷却后获得坯体；
步骤4，对步骤3之比的坯体进行机械加工；
步骤5，对步骤4加工后的坯料进行清洗、干燥处理获得成品。
优选地，所述步骤1中预处理操作为：在温度为50℃温度条件下采用质量分数为40％的硝酸中浸泡6h，然后用去离子水冲洗至中性，干燥至恒重备用。
优选地，所述步骤2中原料碳化硅粉末、高岭土粉末、铝土矿粉末的粒径均为270～325目。
优选地，所述步骤3中，浸渍的具体步骤为：
步骤(31)，首先在30～33℃温度条件下浸渍3h，然后取出后在60℃温度条件下干燥30h；
步骤(32)，然后继续在50～55℃温度条件下浸渍1.5h，然后取出在90℃温度条件下干燥50h；
步骤(33)，最后在60℃温度条件下浸渍0.5h，取出后在120℃温度条件下干燥至恒重。
优选地，所述步骤3中热处理具体操作为：在惰性气氛中，以15℃/min升温速度升温至800～900℃，热处理1～1.5h；然后继续以5℃min的升温速度升温至1100～1200℃，热处理1～1.5h。
优选地，所述制备过程中采用的原料组分按重量份配比为：碳化硅50～70份，高岭土10～25份，铝土矿8～20份，碳纤维20～35份，硅酸钠5～15份，二甲基二氯硅烷30～45份，二苯基二氯硅烷20～40份，氧化锌6～15份。
优选地，所述碳化硅采用黑碳化硅和绿碳化硅的混合物，所述混合物中黑碳化硅和绿碳化硅的质量比为5：2。
优选地，所述高岭土中含有质量分数为42～44％的sio2，34～36％的al2o3，2～5％的fe2o3，2～5％的tio2，1～3％的mgo。
优选地，所述铝土矿中含有质量分数为63～65％的al2o3、9～11％的sio2、2～3％的fe2o3、2～3％tio2。
优选地，所述碳纤维采用沥青基碳纤维和聚丙烯请基碳纤维的混合物，所述混合物中沥青基碳纤维和聚丙烯请基碳纤维的质量配比为3:1；所述碳纤维的孔隙率为0.5％～0.8％。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明提供了解决上述问题的陶瓷基复合材料的制备方法，大大降低生产成本低，适合于工业化批量生产，且获得的陶瓷基复合材料具有较高的强度和防开裂性能；获得的陶瓷基复合材料的密度大小可达1.58～1.69g/cm3，弯曲强度为145～170mpa。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本发明提供一种陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，对碳纤维预制体进行预处理；预处理操作为：在温度为50℃温度条件下采用质量分数为40％的硝酸中浸泡6h，然后用去离子水冲洗至中性，干燥至恒重备用；
步骤2，浆液配制：称取原料碳化硅粉末、高岭土粉末、铝土矿粉末、硅酸钠、二甲基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷、增强剂、氧化锌混合成浆料；各粉末的粒径均为270～325目；
步骤3，浆液浸渍：将步骤1处理后的碳纤维预制体置于步骤2制备的混合浆料中进行浸渍，然后经热处理、冷却后获得坯体；
浸渍的具体步骤为：
步骤(31)，首先在30～33℃温度条件下浸渍3h，然后取出后在60℃温度条件下干燥30h；
步骤(32)，然后继续在50～55℃温度条件下浸渍1.5h，然后取出在90℃温度条件下干燥50h；
步骤(33)，最后在60℃温度条件下浸渍0.5h，取出后在120℃温度条件下干燥至恒重；
热处理具体操作为：在惰性气氛中，以15℃/min升温速度升温至800℃，热处理1.5h；然后继续以5℃min的升温速度升温至1200℃，热处理1h；
步骤4，对步骤3之比的坯体进行机械加工；
步骤5，对步骤4加工后的坯料进行清洗、干燥处理获得成品。
其中，制备过程中采用的原料组分按重量份配比为：碳化硅50份，高岭土10份，铝土矿8份，碳纤维20份，硅酸钠5份，二甲基二氯硅烷30份，二苯基二氯硅烷20份，氧化锌6份。
所述碳化硅采用黑碳化硅和绿碳化硅的混合物，所述混合物中黑碳化硅和绿碳化硅的质量比为5：2；所述高岭土中含有质量分数为42～44％的sio2，34～36％的al2o3，2～5％的fe2o3，2～5％的tio2，1～3％的mgo；所述铝土矿中含有质量分数为63～65％的al2o3、9～11％的sio2、2～3％的fe2o3、2～3％tio2；所述碳纤维采用沥青基碳纤维和聚丙烯请基碳纤维的混合物，所述混合物中沥青基碳纤维和聚丙烯请基碳纤维的质量配比为3:1；所述碳纤维的孔隙率为0.5％％。
实施例2
本发明提供一种陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，对碳纤维预制体进行预处理；预处理操作为：在温度为50℃温度条件下采用质量分数为40％的硝酸中浸泡6h，然后用去离子水冲洗至中性，干燥至恒重备用；
步骤2，浆液配制：称取原料碳化硅粉末、高岭土粉末、铝土矿粉末、硅酸钠、二甲基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷、增强剂、氧化锌混合成浆料；各粉末的粒径均为270～325目；
步骤3，浆液浸渍：将步骤1处理后的碳纤维预制体置于步骤2制备的混合浆料中进行浸渍，然后经热处理、冷却后获得坯体；
浸渍的具体步骤为：
步骤(31)，首先在30～33℃温度条件下浸渍3h，然后取出后在60℃温度条件下干燥30h；
步骤(32)，然后继续在50～55℃温度条件下浸渍1.5h，然后取出在90℃温度条件下干燥50h；
步骤(33)，最后在60℃温度条件下浸渍0.5h，取出后在120℃温度条件下干燥至恒重；
热处理具体操作为：在惰性气氛中，以15℃/min升温速度升温至900℃，热处理1h；然后继续以5℃min的升温速度升温至1100℃，热处理1.5h；
步骤4，对步骤3之比的坯体进行机械加工；
步骤5，对步骤4加工后的坯料进行清洗、干燥处理获得成品。
其中，制备过程中采用的原料组分按重量份配比为：碳化硅70份，高岭土25份，铝土矿20份，碳纤维35份，硅酸钠15份，二甲基二氯硅烷45份，二苯基二氯硅烷40份，氧化锌15份。
所述碳化硅采用黑碳化硅和绿碳化硅的混合物，所述混合物中黑碳化硅和绿碳化硅的质量比为5：2；所述高岭土中含有质量分数为42～44％的sio2，34～36％的al2o3，2～5％的fe2o3，2～5％的tio2，1～3％的mgo；所述铝土矿中含有质量分数为63～65％的al2o3、9～11％的sio2、2～3％的fe2o3、2～3％tio2；所述碳纤维采用沥青基碳纤维和聚丙烯请基碳纤维的混合物，所述混合物中沥青基碳纤维和聚丙烯请基碳纤维的质量配比为3:1；所述碳纤维的孔隙率为0.8％。
实施例3
本发明提供一种陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，对碳纤维预制体进行预处理；预处理操作为：在温度为50℃温度条件下采用质量分数为40％的硝酸中浸泡6h，然后用去离子水冲洗至中性，干燥至恒重备用；
步骤2，浆液配制：称取原料碳化硅粉末、高岭土粉末、铝土矿粉末、硅酸钠、二甲基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷、增强剂、氧化锌混合成浆料；各粉末的粒径均为270～325目；
步骤3，浆液浸渍：将步骤1处理后的碳纤维预制体置于步骤2制备的混合浆料中进行浸渍，然后经热处理、冷却后获得坯体；
浸渍的具体步骤为：
步骤(31)，首先在30～33℃温度条件下浸渍3h，然后取出后在60℃温度条件下干燥30h；
步骤(32)，然后继续在50～55℃温度条件下浸渍1.5h，然后取出在90℃温度条件下干燥50h；
步骤(33)，最后在60℃温度条件下浸渍0.5h，取出后在120℃温度条件下干燥至恒重；
热处理具体操作为：在惰性气氛中，以15℃/min升温速度升温至850℃，热处理1.5h；然后继续以5℃min的升温速度升温至1150℃，热处理1h；
步骤4，对步骤3之比的坯体进行机械加工；
步骤5，对步骤4加工后的坯料进行清洗、干燥处理获得成品。
其中，制备过程中采用的原料组分按重量份配比为：碳化硅55份，高岭土13份，铝土矿11份，碳纤维23份，硅酸钠8份，二甲基二氯硅烷33份，二苯基二氯硅烷25份，氧化锌8份。
所述碳化硅采用黑碳化硅和绿碳化硅的混合物，所述混合物中黑碳化硅和绿碳化硅的质量比为5：2；所述高岭土中含有质量分数为42～44％的sio2，34～36％的al2o3，2～5％的fe2o3，2～5％的tio2，1～3％的mgo；所述铝土矿中含有质量分数为63～65％的al2o3、9～11％的sio2、2～3％的fe2o3、2～3％tio2；所述碳纤维采用沥青基碳纤维和聚丙烯请基碳纤维的混合物，所述混合物中沥青基碳纤维和聚丙烯请基碳纤维的质量配比为3:1；所述碳纤维的孔隙率为0.5％。
实施例4
本发明提供一种陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，对碳纤维预制体进行预处理；预处理操作为：在温度为50℃温度条件下采用质量分数为40％的硝酸中浸泡6h，然后用去离子水冲洗至中性，干燥至恒重备用；
步骤2，浆液配制：称取原料碳化硅粉末、高岭土粉末、铝土矿粉末、硅酸钠、二甲基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷、增强剂、氧化锌混合成浆料；各粉末的粒径均为270～325目；
步骤3，浆液浸渍：将步骤1处理后的碳纤维预制体置于步骤2制备的混合浆料中进行浸渍，然后经热处理、冷却后获得坯体；
浸渍的具体步骤为：
步骤(31)，首先在30～33℃温度条件下浸渍3h，然后取出后在60℃温度条件下干燥30h；
步骤(32)，然后继续在50～55℃温度条件下浸渍1.5h，然后取出在90℃温度条件下干燥50h；
步骤(33)，最后在60℃温度条件下浸渍0.5h，取出后在120℃温度条件下干燥至恒重；
热处理具体操作为：在惰性气氛中，以15℃/min升温速度升温至850℃，热处理1.5h；然后继续以5℃min的升温速度升温至1150℃，热处理1h；
步骤4，对步骤3之比的坯体进行机械加工；
步骤5，对步骤4加工后的坯料进行清洗、干燥处理获得成品。
其中，制备过程中采用的原料组分按重量份配比为：碳化硅65份，高岭土22份，铝土矿18份，碳纤维30份，硅酸钠12份，二甲基二氯硅烷40份，二苯基二氯硅烷35份，氧化锌12份。
所述碳化硅采用黑碳化硅和绿碳化硅的混合物，所述混合物中黑碳化硅和绿碳化硅的质量比为5：2；所述高岭土中含有质量分数为42～44％的sio2，34～36％的al2o3，2～5％的fe2o3，2～5％的tio2，1～3％的mgo；所述铝土矿中含有质量分数为63～65％的al2o3、9～11％的sio2、2～3％的fe2o3、2～3％tio2；所述碳纤维采用沥青基碳纤维和聚丙烯请基碳纤维的混合物，所述混合物中沥青基碳纤维和聚丙烯请基碳纤维的质量配比为3:1；所述碳纤维的孔隙率为0.6％。
实施例5
本发明提供一种陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，对碳纤维预制体进行预处理；预处理操作为：在温度为50℃温度条件下采用质量分数为40％的硝酸中浸泡6h，然后用去离子水冲洗至中性，干燥至恒重备用；
步骤2，浆液配制：称取原料碳化硅粉末、高岭土粉末、铝土矿粉末、硅酸钠、二甲基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷、增强剂、氧化锌混合成浆料；各粉末的粒径均为270～325目；
步骤3，浆液浸渍：将步骤1处理后的碳纤维预制体置于步骤2制备的混合浆料中进行浸渍，然后经热处理、冷却后获得坯体；
浸渍的具体步骤为：
步骤(31)，首先在30～33℃温度条件下浸渍3h，然后取出后在60℃温度条件下干燥30h；
步骤(32)，然后继续在50～55℃温度条件下浸渍1.5h，然后取出在90℃温度条件下干燥50h；
步骤(33)，最后在60℃温度条件下浸渍0.5h，取出后在120℃温度条件下干燥至恒重；
热处理具体操作为：在惰性气氛中，以15℃/min升温速度升温至850℃，热处理1.5h；然后继续以5℃min的升温速度升温至1150℃，热处理1h；
步骤4，对步骤3之比的坯体进行机械加工；
步骤5，对步骤4加工后的坯料进行清洗、干燥处理获得成品。
其中，制备过程中采用的原料组分按重量份配比为：碳化硅60份，高岭土16份，铝土矿15份，碳纤维26份，硅酸钠10份，二甲基二氯硅烷38份，二苯基二氯硅烷30份，氧化锌9份。
所述碳化硅采用黑碳化硅和绿碳化硅的混合物，所述混合物中黑碳化硅和绿碳化硅的质量比为5：2；所述高岭土中含有质量分数为42～44％的sio2，34～36％的al2o3，2～5％的fe2o3，2～5％的tio2，1～3％的mgo；所述铝土矿中含有质量分数为63～65％的al2o3、9～11％的sio2、2～3％的fe2o3、2～3％tio2；所述碳纤维采用沥青基碳纤维和聚丙烯请基碳纤维的混合物，所述混合物中沥青基碳纤维和聚丙烯请基碳纤维的质量配比为3:1；所述碳纤维的孔隙率为0.6％。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。