液中，室温条件下浸泡15h，将浸泡之后的碳纤维取出，放入60°C的真空干燥箱中干燥12h ;
[0071]三、碳纳米管改性碳纤维增强体的制备:采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在附着有催化剂的碳纤维表面生长碳纳米管，具体是将碳纤维放入炉腔试样台，抽真空至炉腔内压强为OPa，以20sccm的流速通入H2，控制炉内压强为200Pa，以20°C /min的速度升温至600°C，开始通入CH4，比与CH4气流之比为1:2，压强稳定后，打开射频开关，射频功率150W，射频时间lOmin，关闭射频，依次停止通入014及H2，将炉内压强抽真空至OPa，炉内温度降至室温，制得碳纳米管改性碳纤维多尺度增强体；
[0072]四、碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷先驱体的制备:将步骤三制得的碳纳米管改性碳纤维增强体、三氯化硼、三氯硅烷及六甲基二硅氮烷均匀混合，其中三氯化硼、三氯硅烷与六甲基二硅氮烷的质量比为1:5:3，碳纳米管改性碳纤维与三氯化硼的质量比为1:80，在温度为50°C，氮气气氛条件下保温4h，然后升高温度至160°C，在温度为160°C，氮气气氛条件下保温4h，减压蒸馏去除杂质，得到碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷先驱体；
[0073]五、碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料的制备:将步骤四得到的碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷先驱体放入真空烧结炉中，在室温下通入氮气30min，在氮气气氛下以15°C /min的速度将温度从25°C升高到900°C，保温30min，之后以10°C /min的升温速度将温度升高到1400°C，保温保温lh，在氮气气氛条件下自然降温至室温，得到碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料。
[0074]本实施例中碳纳米管改性碳纤维的扫描电子显微镜照片如图10，由图10可以看出，该实施例中碳纳米管直径为60?120nm，长度为1.5?2.5 μ m ;本实施例中碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料的扫描电子显微镜照片如图11，由图11可以看出碳纳米管改性碳纤维在SiBCN陶瓷基体中分散均匀；本实施例碳纳米管改性碳纤维与SiBCN陶瓷基体界面剪切强度测试结果如图12，由图12可以看出界面剪切强度为68.0lMPa。
【主权项】
1.一种碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于该方法，按以下步骤进行: 一、对碳纤维表面进行氧化处理，得到氧化处理的碳纤维； 二、碳纤维表面催化剂的附着:称取金属盐，配制0.01?0.2mol/L的金属盐丙酮溶液，将步骤一得到的氧化处理的碳纤维浸入金属盐丙酮溶液中，在室温条件下浸泡10?15h，将浸泡之后的碳纤维取出，放入50?60°C干燥12?14h ; 三、碳纳米管改性碳纤维增强体的制备:采用等离子体增强化学气相沉积法在附着有催化剂的碳纤维表面生长碳纳米管，具体是将附着有催化剂的碳纤维放入炉腔试样台，抽真空至炉腔内的压强为OPa，以20sccm的流速通入H2，控制炉内压强为200Pa，以20°C /min的速度升温至600?800°C，开始通入CH4，压强稳定后，打开射频开关，维持10?30min，关闭射频，依次停止通入014及Η 2，将炉内压强抽真空至OPa，炉内温度降至室温，制得碳纳米管改性碳纤维多尺度增强体； 四、碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷先驱体的制备:将步骤三制得的碳纳米管改性碳纤维增强体、三氯化硼、三氯硅烷及六甲基二硅氮烷均匀混合，在温度为50?90°C，氮气气氛条件下保温2?4h，然后升高温度至160?240°C，在温度为160?240°C，氮气气氛条件下保温2?4h，减压蒸馏去除杂质，得到碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷先驱体； 五、碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料的制备:将步骤四得到的碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷先驱体放入真空烧结炉中，在室温下通入氮气30?90min，在氮气气氛下以15°C /min的速度将温度从25°C升高到900°C，保温，之后以10°C /min的升温速度将温度升高到1400°C，保温，在氮气气氛条件下自然降温至室温，得到碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料。2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中对碳纤维表面进行氧化处理的具体方法为:将碳纤维完全浸没在丙酮中，在温度为70?80°C的条件下加热回流22?26h，在温度为50?60°C下干燥12?14h，得到干燥后的碳纤维，将干燥的碳纤维完全浸没在浓硝酸中，在室温下浸泡5?10h，从浓硝酸中取出后，用去离子水将碳纤维洗涤至中性，在温度为50?60°C下干燥12?14h，得到氧化处理的碳纤维。3.根据权利要求1所述的一种碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中浓硝酸的质量分数为65%?75%。4.根据权利要求1所述的一种碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中金属盐为Ni (N03) 2、Co (N03) 2或Fe (NO 3) 3。5.根据权利要求1所述的一种碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中比与CH 4的气流量之比为1: (2?6)。6.根据权利要求1所述的一种碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中射频功率为150?200W。7.根据权利要求1所述的一种碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中三氯化硼、三氯硅烷及六甲基二硅氮烷的质量比为1:(3?5):(3 ?5) ο8.根据权利要求1所述的一种碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中碳纳米管改性碳纤维增强体与三氯化硼的质量比为1: (20?80)。9.根据权利要求1所述的一种碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于步骤五中升高到900°C保温30min，升高到1400°C保温lh。10.如权利要求1所述的一种碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料的应用，其特征在于该复合材料用于制备高超声速飞行器的大面积迎风区、端头及翼前缘超高温部位结构。
【专利摘要】一种碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料的制备方法及应用，涉及一种SiBCN陶瓷复合材料的制备方法及应用。本发明是要解决现有碳纤维与SiBCN陶瓷复合材料中存在碳纤维与SiBCN陶瓷之间的力学性能较差的问题。方法：一、对碳纤维表面进行氧化处理，得到氧化处理的碳纤维；二、碳纤维表面催化剂的附着；三、碳纳米管改性碳纤维增强体的制备；四、碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷先驱体的制备；五、碳纳米管改性碳纤维增强SiBCN陶瓷复合材料的制备。本发明制备的复合材料的界面剪切强度可达到61.99～68.01MPa。用于陶瓷材料领域。
【IPC分类】C04B35/515, C04B35/80, C04B35/622
【公开号】CN105272326
【申请号】CN201510822469
【发明人】张幸红, 闫利文, 胡平, 洪长青, 韩文波, 赵广东
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月23日