一种SiC纳米线增强SiC多孔陶瓷复合材料及其制备方法与流程

本发明属于陶瓷基复合材料领域，尤其涉及一种sic纳米线增强sic多孔陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

多孔sic陶瓷是一种兼具结构性和功能性的陶瓷材料，由于其内部和表面存在大量贯通的及非贯通的孔，因此除了具备普通陶瓷的性能外，还具有许多特殊的性能，如较高的比表面积、优异的透过性能和特殊的吸音降噪性能等，在净化过滤、保温隔热、生物医疗、电子器件、航空航天和能源化工等各方面都有广泛的应用近些年来，在多孔sic陶瓷传统制备工艺的基础上，新工艺及新的应用也不断发展拓宽，相关研究也比较丰富，已经成为陶瓷方向研究的热点。作为纳米增强体的一种，纳米线可通过裂纹偏转及桥连等增韧机制，有效改善单相陶瓷性能。在复合材料中，纳米线作为第二增强体引入到材料基体中，可对微区基体进行强韧化，有效提高基体抗裂纹扩展能力。sic纳米线是一种性能优异的纳米增强体，拉伸强度可达到53.4gpa，远大于sic纤维和sic晶须。sic纳米线是一种性能优异的纳米增强体，拉伸强度可达到53.4gpa，远大于sic纤维和sic晶须。

目前制备碳化硅多孔陶瓷的方法主要有造孔剂法，有机泡沫浸渍法，化学气相渗透法等。添加造孔剂法是将造孔剂加入陶瓷配料中，在坯体孔隙中让造孔剂占据一定的空间，再经过烧结，然后造孔剂离开坯体，原来所占据的空间就变成了气孔，以此来制备碳化硅多孔陶瓷，但制成的多孔陶瓷要求分散性较高的造孔剂；制品的气孔率不高；孔径的分布差，孔径大小难以控制。有机泡沫浸渍法是以有机泡沫为骨架，浸浆后干燥，然后高温烧成，在烧成过程中，有机物燃烧挥发，留下网络结构的陶瓷体，但是有机泡沫和水基浆料兼容性不够好，挂浆量少，从而使制品的强度降低。化学气相渗透工艺是利用化学气相沉积的原理，使沉积物与基底物质发生化学反应，最终通过烧结而制备多孔陶瓷材料的新方法，但缺点是制备过程中有碳夹心存在，这不利于制品性能进一步提高。综上所述，现阶段中北碳化硅多孔陶瓷的方法普遍存在气孔分布不均匀，强度不高等现象。申请号为201410828518.4的发明专利公开了一种cf/sic多孔陶瓷及其制备方法，该方法克服了碳化硅多孔陶瓷孔隙率低，强度低的特点。但加入的短切碳纤维和陶瓷基体的有效结合面积小，强度不可观且孔隙分布也不均匀。申请号为201410456770.7的发明专利公开了一种晶须增强sic多孔陶瓷材料及其制备方法，该方法提高了多孔陶瓷的强度，但同样孔隙分布不够均匀。因此迫切需要加入一种能同时提高多孔陶瓷的强韧性和孔隙分布的材料。

创新点：本发明通过在碳化硅多孔陶瓷中加入碳化硅纳米线，结合化学气相浸渍和先驱体浸渍裂解工艺，有效的提高碳化硅多孔陶瓷的孔隙分布，强度和韧性。

技术实现要素：

本发明提供了一种sic纳米线增强sic多孔陶瓷复合材料及其制备方法，所制备的sic纳米线增强sic多孔陶瓷复合材料强韧性好，孔隙分布均匀。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种sic纳米线增强sic陶瓷复合材料，包括超长sic纳米线，sic多孔陶瓷基体；所述sic纳米线的平均直径为20nm-80nm，平均长度为1mm-10mm，所述的超长sic纳米线通过原位生长自交联组成均匀的空间网格结构的预制体，所述sic多孔陶瓷基体填充于超长sic纳米线预制体的孔隙之中，所述sic陶瓷多孔基体质量占复合材料的50％-70％。

一种sic纳米线增强sic陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将一定形状三聚氰胺泡棉热解得到碳泡棉基体，之后将碳泡棉浸渍于浓的硝酸镍酒精溶液中，随即取出烘干备用；

(2采用化学气相沉积法原位生长碳化硅纳米线，将(1)中烘干的碳泡棉放置于管式炉中，抽真空，以20℃/min的速率升温至1100-1200℃，之后以比例1∶10∶10通入三氯甲基硅烷，氢气，氩气，保温6-8h，保持管式炉内真空，随炉冷却至500-600℃，以100-150sccm的流量通入氧气3-4h，去除碳泡棉基体；

(3)将步骤(2)中所得sic纳米线预制体进行循环先驱体真空浸渍烧结，浸渍液为聚碳硅烷的二甲苯的溶液，真空度压强为1pa-2pa，加压至1.5mpa-2mp，固化交联温度为80℃-120℃，时间为10h-12h；烧结时先以5℃/min的速率升温至800℃，再以3℃/min的速率升温至1200℃，保温2h-3h，再以3℃/min的速率降温至800℃，之后随炉冷却至室温，浸渍烧结裂解循环次数为2次-3次；步骤(3)中所述的聚碳硅烷与二甲苯的比例为1g∶(1-5)ml。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种sic纳米线增强sic多孔陶瓷复合材料及其制备方法，制备的sic纳米线增强sic多孔陶瓷具有强度高，韧性好，密度小，耐高温，孔径分布均匀等优点。

附图说明

图1为本发明制备的sic纳米线增强sic多孔陶瓷复合材料的sem形貌图。

具体实施方式

实施例1

(1)sic纳米线预制体的制备：

1)将一定形状三聚氰胺泡棉热解得到碳泡棉基体，之后将碳泡棉浸渍于浓的硝酸镍酒精溶液中，随即取出烘干备用；

2)采用化学气相沉积法原位生长碳化硅纳米线，将1)中烘干的碳泡棉放置于管式炉中，抽真空，以20℃/min的速率升温至1100℃，之后以比例1∶10∶10通入三氯甲基硅烷，氢气，氩气，保温6h，保持管式炉内真空，随炉冷却至500℃，以100sccm的流量通入氧气3h，去除碳泡棉基体；

(2)sic纳米线增强sic陶瓷基多孔复合材料的制备：

将步骤(1)中所得sic纳米线预制体进行循环先驱体真空浸渍烧结，浸渍液为聚碳硅烷的二甲苯的溶液，真空度压强为1pa-2pa，加压至1.5mpa-2mp，固化交联温度为80℃，时间为10h；烧结时先以5℃/min的速率升温至800℃，再以3℃/min的速率升温至1200℃，保温2h，再以3℃/min的速率降温至800℃，之后随炉冷却至室温，浸渍烧结裂解循环次数为2次；

实施例2

(1)sic纳米线预制体的制备：

1)将一定形状三聚氰胺泡棉热解得到碳泡棉基体，之后将碳泡棉浸渍于浓的硝酸镍酒精溶液中，随即取出烘干备；

2)采用化学气相沉积法原位生长碳化硅纳米线，将1)中烘干的碳泡棉放置于管式炉中，抽真空，以20℃/min的速率升温至1150℃，之后以比例1∶10∶10通入三氯甲基硅烷，氢气，氩气，保温7h，保持管式炉内真空，随炉冷却至500℃，以120sccm的流量通入氧气3h，去除碳泡棉基体；

(2)sic纳米线增强sic陶瓷基多孔复合材料的制备：

将步骤(1)中所得sic纳米线预制体进行循环先驱体真空浸渍烧结，浸渍液为聚碳硅烷的二甲苯的溶液，真空度压强为1pa-2pa，加压至1.5mpa-2mp，固化交联温度为100℃，时间为11h；烧结时先以5℃/min的速率升温至800℃，再以3℃/min的速率升温至1200℃，保温2h，再以3℃/min的速率降温至800℃，之后随炉冷却至室温，浸渍烧结裂解循环次数为3次；

实施例3

(1)sic纳米线预制体的制备：

1)将一定形状三聚氰胺泡棉热解得到碳泡棉基体，之后将碳泡棉浸渍于浓的硝酸镍酒精溶液中，随即取出烘干备用；

2)采用化学气相沉积法原位生长碳化硅纳米线，将1)中烘干的碳泡棉放置于管式炉中，抽真空，以20℃/min的速率升温至1200℃，之后以比例1∶10∶10通入三氯甲基硅烷，氢气，氩气，保温8h，保持管式炉内真空，随炉冷却至500℃，以150sccm的流量通入氧气3h，去除碳泡棉基体；

(2)sic纳米线增强sic陶瓷基多孔复合材料的制备：

将步骤(1)中所得sic纳米线预制体进行循环先驱体真空浸渍烧结，浸渍液为聚碳硅烷的二甲苯的溶液，真空度压强为1pa-2pa，加压至1.5mpa-2mp，固化交联温度为120℃，时间为12h；烧结时先以5℃/min的速率升温至800℃，再以3℃/min的速率升温至1200℃，保温3h，再以3℃/min的速率降温至800℃，之后随炉冷却至室温，浸渍烧结裂解循环次数为3次；

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。