本发明属于陶瓷基复合材料制备技术领域，具体涉及一种cr2alc改性的自愈合碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法。
背景技术：
作为新型高推重比航空发动机用高温结构材料，陶瓷基复合材料在克服陶瓷材料脆性的同时，还具有比强度高、耐高温等性能优点。由于受成型工艺及内部结构等因素的影响，陶瓷基复合材料不可避免地存在孔隙和微裂纹等结构缺陷，这些缺陷能够为氧气等环境介质提供传输通道，在高温下使得材料内部受到侵蚀，从而严重影响材料的使用寿命。因此，研究具有自愈合能力的陶瓷基复合材料具有重要意义。
自愈合陶瓷基复合材料是一种基于仿生学概念发展起来的高技术复合材料，它能够对外界造成的不可见裂纹(或在施以外界刺激的情况下)自动进行修复，使裂纹基本愈合，从而达到性能可以继续维持的目的，为预防潜在的危害提供了一种新方法。
近年来，max相陶瓷(三元过渡金属化合物，其中m为过渡金属元素；a为主族元素；x为c或者n)由于其自身独特的结构决定了它兼顾金属以及陶瓷材料的优异特性而受到广泛关注。有研究表明max相陶瓷在高温氧气气氛下能展现出显著的自愈合能力，最常见的有ti3alc2、ti2alc及cr2alc，其自愈合机理都是通过在裂纹表面生成牢固的玻璃相α-al2o3，从而阻止氧化介质的进一步扩散，以达到材料的自愈合的目的，延长使用寿命。而对于ti-al-c三元体系的max相，氧化后生成α-al2o3的同时还将生成易造成基体缺陷的多孔tio2，反而制约材料力学性能提高。cr2alc作为近年来新型自愈合max相，其在高温下优先于裂纹表面生成致密的氧化产物α-al2o3，利于陶瓷基体中裂纹的愈合，但是，由于该陶瓷硬度低且用于评判其可应用温度范围的韧脆转变温度(bdtt)≤1050℃，因此并不适用于作为高温结构材料单独使用。
国内外涉及到高温自愈合陶瓷的文献绝大多数是利用基体内存在的含硼化合物在高温下被氧化为玻璃态流动相封填基体裂纹，为氧气向材料内部扩散提供屏障，最终发挥自愈合功能。但有研究表明，超过1100℃该氧化产物b2o3将大量挥发，使得自愈合相被破坏。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中的不足提出一种cr2alc改性的自愈合碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法。本发明的技术解决方案包括以下步骤：
步骤1：将cr2alc粉体、石墨粉和酚醛树脂加入乙醇中，球磨12h～24h混合均匀。所述酚醛树脂∶cr2alc粉∶石墨粉∶乙醇的质量份数比为30～80∶20～60∶10～50∶110～290。
步骤2：将含有界面层的碳化硅纤维织物浸渍于步骤1得到的料浆中，制成纤维预浸料。
步骤3：将步骤2得到的预浸料经裁剪、热压成型，冷却后脱模，得到预制体。所述热压温度为120℃～300℃，压力为1mpa～10mpa，热压时间为0.5h～3h。
步骤4：将步骤3得到的预制体在700℃～900℃下裂解处理6h～24h，制得炭多孔体。
步骤5：将si粉在10mpa～15mpa下冷压为立方体，放置于炭多孔体下，所述si粉与炭多孔体的质量比1.5～6∶1。在温度为1400℃～1500℃下，保温10min～60min，通过si的反应熔融渗透，得到cr2alc改性的自愈合碳化硅陶瓷基复合材料。
所述cr2alc粉体的粒径为1μm～50μm；石墨粉粉体的粒径为1～5μm。
本发明的优点及有益效果是：本发明采用max相对碳化硅基体进行改性，将cr2alc的自愈合特点运用到碳化硅陶瓷基复合材料中。①通过在sic基体中引入具有自愈合能力的cr2alc颗粒，将自愈合组元与sic组元相互弥散在一起，形成多元自愈合体系。sic基体本身具有一定的自愈合能力，而当环境介质通过裂纹扩展到自愈合相时，cr2alc与环境介质作用生成玻璃相al2o3封填裂纹，进一步阻挡环境介质进入，从而实现愈合后的材料在1500℃高温下仍具有优异的抗氧化能力；②cr2alc的热膨胀系数与sic基体材料的相匹配，两者能够很好的结合。同时，生成的玻璃相al2o3与基体结合良好，无剥落现象，使得自愈合后复合材料的强度能够恢复原始强度的75％；③由于cr2alc作为max相自身具有独特的层状结构，裂纹扩散到层界面处将发生偏转，一方面可以有效减弱裂纹尖端的应力集中，起到增韧陶瓷基复合材料的作用，另一方面延长裂纹途径，从而延长环境介质的扩散路径，同样有利于提高复合材料的使用寿命；④这种新型自愈合陶瓷基复合材料的制备采用的熔融渗透(mi)工艺，与pip和cvi工艺相比生产周期短，成本低，利于工程化应用。
具体实施方式
以下结合具体实例说明cr2alc改性的自愈合碳化硅陶瓷基复合材料及其制备方法：
实施例1：
步骤1：将20gcr2alc粉体(5μm)、50g石墨粉(1μm)和80g酚醛树脂加入290g乙醇中，球磨24h混合均匀。
步骤2：将含有界面层的碳化硅纤维织物浸渍于步骤1得到的料浆中，制成纤维预浸料。
步骤3：将步骤2得到的预浸料经裁剪、热压成型，其中热压温度为160℃，压力3mpa，热压时间3h，冷却后脱模，得到预制体。
步骤4：将步骤3得到的预制体在900℃下裂解处理6h，制得炭多孔体。
步骤5：将si粉在10mpa下冷压为立方体(该立方体的尺寸、密度等均不影响该步骤的反应过程)放置于炭多孔体下，其中si粉的质量是炭多孔体的2倍。在温度为1500℃下保温10min，利用熔融si渗透与多孔体反应得到cr2alc改性的自愈合碳化硅陶瓷基复合材料。
实施例2：
步骤1：将50gcr2alc粉体(25μm)、30g石墨粉(3μm)和60g酚醛树脂加入150g乙醇中，球磨12h混合均匀。
步骤2：将含有界面层的碳化硅纤维织物浸渍于步骤1得到的料浆中，制成纤维预浸料。
步骤3：将步骤2得到的预浸料经裁剪、热压成型，其中热压温度为200℃，压力5mpa，热压时间2h，冷却后脱模，得到预制体。
步骤4：将步骤3得到的预制体在730℃下裂解处理12h，制得炭多孔体。
步骤5：将si粉在12mpa下冷压为立方体(该立方体的尺寸、密度等均不影响该步骤的反应过程)放置于炭多孔体下，其中si粉的质量是炭多孔体的2.6倍。在温度为1480℃下保温15min，利用熔融si渗透与多孔体反应得到cr2alc改性的自愈合碳化硅陶瓷基复合材料。
实施例3：
步骤1：将30gcr2alc粉体(50μm)、60g石墨粉(5μm)和40g酚醛树脂加入150g乙醇中，球磨18h混合均匀。
步骤2：将含有界面层的碳化硅纤维织物浸渍于步骤1得到的料浆中，制成纤维预浸料。
步骤3：将步骤2得到的预浸料经裁剪、热压成型，其中热压温度为260℃，压力8mpa，热压时间1.5h，冷却后脱模，得到预制体。
步骤4：将步骤3得到的预制体在850℃下裂解处理24h，制得炭多孔体。
步骤5：将si粉在15mpa下冷压为立方体(该立方体的尺寸、密度等均不影响该步骤的反应过程)放置于炭多孔体下，其中si粉的质量是炭多孔体的5.8倍。在温度为1400℃下保温60min，利用熔融si渗透与多孔体反应得到cr2alc改性的自愈合碳化硅陶瓷基复合材料。