一種含氮化硅界面的透波復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種含氮化硅界面的透波復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)在氧化物纖維或者纖維預(yù)制件的表面采用低壓化學(xué)氣象沉積的方法沉積一層氮化硅涂層；(2)將沉積氮化硅涂層后的氧化物纖維或者纖維預(yù)制件放置進(jìn)行5～8次硅溶膠浸漬-烘干工藝；(3)將每一次烘干處理后的復(fù)合材料放置在600～800℃下燒結(jié)處理0.5～1小時(shí)；(4)將最后一次燒結(jié)處理后的復(fù)合材料的表面用低壓化學(xué)氣相沉積的方法沉積一層氮化硅涂層。本發(fā)明工藝過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，易操作，重復(fù)性好，復(fù)合材料韌性高，抗熱震性能好，復(fù)合材料孔隙率降低。
【專利說(shuō)明】一種含氮化硅界面的透波復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，特別是涉及一種含氮化硅界面的透波復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航天透波材料是保護(hù)航天器在惡劣環(huán)境條件下通訊、制導(dǎo)等一系列正常工作的一種多功能介質(zhì)材料，在運(yùn)載火箭、飛船、導(dǎo)彈和返回式衛(wèi)星等航天飛行器無(wú)線電系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。。航天透波材料按其結(jié)構(gòu)件的形式主要分為天線窗和天線罩兩大類，其中天線窗位于飛行器的側(cè)面，通常為平板或帶弧面的板狀，主要用來(lái)保護(hù)天線窗后面的無(wú)線電設(shè)備。天線罩位于飛行器的頭部，多為錐形或半球形，具有導(dǎo)流、防熱、透波、承載等多種功能。氧化物纖維增韌二氧化硅陶瓷基復(fù)合材料具有耐高溫、抗燒蝕、承載、透波等優(yōu)良性能的多功能透波天線罩材料。目前，天線罩用連續(xù)氧化物纖維增強(qiáng)的多維二氧化硅陶瓷基復(fù)合材料主要制備方法是硅溶膠浸潰法。該法是將纖維預(yù)制件在高純硅溶膠中循環(huán)浸潰熱解，在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行熱處理，根據(jù)預(yù)制件形狀而制備具有多維復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)。
[0003]為滿足現(xiàn)代航空航天科技對(duì)高馬赫數(shù)大尺寸天線罩材料的需求，必須保證天線罩材料具有良好的韌性以及抗熱震性能。氮化硅是一種較好的天線罩候選材料，不僅具有優(yōu)異的機(jī)械性能和很高的熱穩(wěn)定性，而且具有較低的介電常數(shù)，能經(jīng)受6-7馬赫飛行條件下的熱震。界面是基體與纖維的結(jié)合處，兩者分子在界面形成原子作用力，作為纖維與基體之間傳遞載荷的過(guò)渡帶，硬化 和強(qiáng)化依賴于跨越界面的載荷傳遞，韌性受到裂紋偏轉(zhuǎn)/纖維拔出的影響。界面是陶瓷基體與纖維的“紐帶”，是復(fù)合材料的“心臟”，具有連接纖維與基體以及把基體的應(yīng)力傳遞到纖維上的作用，其結(jié)構(gòu)直接影響著復(fù)合材料的性能。部分纖維增強(qiáng)陶瓷基透波復(fù)合材料雖然已經(jīng)大幅度提高其韌性，但是在高馬赫數(shù)下使用仍然不能滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是提出一種含氮化硅界面的透波復(fù)合材料的制備方法。
[0005]操作過(guò)程:
[0006](I)在氧化物纖維或者纖維預(yù)制件的表面采用低壓化學(xué)氣象沉積的方法沉積一層5~IOum的氮化硅涂層；
[0007](2)將沉積氮化硅涂層后的氧化物纖維或者纖維預(yù)制件放置進(jìn)行5~8次硅溶膠浸潰-烘干工藝；
[0008](3)將每一次烘干處理后的復(fù)合材料放置在600~800°C下燒結(jié)處理0.5~I小時(shí)；
[0009](4)將最后一次燒結(jié)處理后的復(fù)合材料的表面用低壓化學(xué)氣相沉積的方法沉積一層氮化娃涂層，厚度為20~40 um。
[0010]其中:[0011]低壓化學(xué)氣相沉積以四氯化硅和氨氣為先驅(qū)體，以氫氣為載氣，以氬氣為稀釋氣體，沉積溫度為750~800°C。
[0012]氧化物纖維或纖維預(yù)制件可選用氧化物玻璃纖維和氧化物陶瓷纖維，尤其是石英纖維，高硅氧纖維，氧化鋁纖維，莫來(lái)石纖維。
[0013]硅溶膠浸潰所使用的硅溶膠濃度為15~35%，浸潰過(guò)程為將浸潰罐中氣壓抽至負(fù)壓，利用負(fù)壓將硅溶膠吸入浸潰罐，當(dāng)硅溶膠完全覆蓋纖維后，增加浸潰罐壓力至2~5MPa，保持此壓力5~10分鐘，之后利用氣壓將多余硅溶膠排出，從浸潰罐中取出預(yù)制件，放置在烘箱中準(zhǔn)備進(jìn)行熱處理工藝。
[0014]烘干工藝是從室溫升至90~110°C，升溫速率為I~2°C每分鐘，然后在90~110°c保溫60-90分鐘，然后使得溫度升至180~200°C，升溫速率為2~3°C每分鐘，然后在150~200°C保溫I~2小時(shí)。
[0015]本發(fā)明中主要優(yōu)點(diǎn)是:(1)工藝過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，易操作，重復(fù)性好；(2)復(fù)合材料韌性高，抗熱震性能好；(3)復(fù)合材料孔隙率降低。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定。
[0017]實(shí)施例1
[0018](I)在3維石英纖維預(yù)制件的表面采用低壓化學(xué)氣象沉積的方法沉積一層5um的氮化硅涂層，沉積溫度為750°C，低壓化學(xué)氣相沉積以四氯化硅和氨氣為先驅(qū)體，以氫氣為載氣，以IS氣為稀釋氣體；
[0019](2)將沉積氮化硅涂層后的石英纖維進(jìn)行6次硅溶膠浸潰-烘干工藝，其中硅溶膠浸潰工藝中硅溶膠浸潰所使用的硅溶膠濃度為25%，浸潰過(guò)程為將浸潰罐中氣壓抽至負(fù)壓，利用負(fù)壓將硅溶膠吸入浸潰罐，當(dāng)硅溶膠完全覆蓋纖維后，增加浸潰罐壓力至3MPa，保持此壓力5分鐘，之后利用氣壓將多余硅溶膠排出，從浸潰罐中取出預(yù)制件，放置在烘箱中準(zhǔn)備進(jìn)行熱處理工藝，烘干工藝是從室溫升至10(TC，升溫速率為1°C每分鐘，然后在100°C保溫60分鐘，然后使得溫度升至180°C，升溫速率為2°C每分鐘，然后在180°C保溫2小時(shí)；
[0020](3 )將每一次烘干處理后的復(fù)合材料放置在750°C下燒結(jié)處理I小時(shí)；
[0021](4)將第6次燒結(jié)處理后的復(fù)合材料的表面用低壓化學(xué)氣相沉積的方法沉積一層氮化硅涂層，厚度為20um，沉積溫度為800°C，低壓化學(xué)氣相沉積以四氯化硅和氨氣為先驅(qū)體，以氫氣為載氣，以IS氣為稀釋氣體。
[0022]實(shí)施例2
[0023](I)在3維氧化鋁纖維預(yù)制件的表面采用低壓化學(xué)氣象沉積的方法沉積一層Sum的氮化硅涂層，沉積溫度為800°C，低壓化學(xué)氣相沉積以四氯化硅和氨氣為先驅(qū)體，以氫氣為載氣，以IS氣為稀釋氣體；
[0024](2)將沉積氮化硅涂層后的石英纖維進(jìn)行8次硅溶膠浸潰-烘干工藝，其中硅溶膠浸潰工藝中硅溶膠浸潰所使用的硅溶膠濃度為30%，浸潰過(guò)程為將浸潰罐中氣壓抽至負(fù)壓，利用負(fù)壓將硅溶膠吸入浸潰罐，當(dāng)硅溶膠完全覆蓋纖維后，增加浸潰罐壓力至4MPa，保持此壓力5分鐘，之后利用氣壓將多余硅溶膠排出，從浸潰罐中取出預(yù)制件，放置在烘箱中準(zhǔn)備進(jìn)行熱處理工藝，烘干工藝是從室溫升至110°C，升溫速率為2°C每分鐘，然后在110°C保溫60分鐘，然后使得溫度升至200°C，升溫速率為2°C每分鐘，然后在200°C保溫2小時(shí)；
[0025](3)將每一次烘干處理后的復(fù)合材料放置在800°C下燒結(jié)處理I小時(shí)；
[0026](4)將第8次燒結(jié)處理后的復(fù)合材料的表面用低壓化學(xué)氣相沉積的方法沉積一層氮化硅涂層，厚度為35um，沉積溫度為800°C，低壓化學(xué)氣相沉積以四氯化硅和氨氣為先驅(qū)體，以氫氣為載氣，以IS氣為`稀釋氣體。
【權(quán)利要求】
1.一種含氮化硅界面的透波復(fù)合材料的制備方法，其特征包括下述順序的步驟: (1)在氧化物纖維或者纖維預(yù)制件的表面采用低壓化學(xué)氣象沉積的方法沉積一層5~IOum的氮化硅涂層； (2)將沉積氮化硅涂層后的氧化物纖維或者纖維預(yù)制件放置進(jìn)行5~8次硅溶膠浸潰-烘干工藝； (3)將每一次烘干處理后的復(fù)合材料放置在600~800°C下燒結(jié)處理0.5~I小時(shí)； (4)將最后一次燒結(jié)處理后的復(fù)合材料的表面用低壓化學(xué)氣相沉積的方法沉積一層氮化硅涂層，厚度為20~40um。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的方法，其特征在于低壓化學(xué)氣相沉積以四氯化硅和氨氣為先驅(qū)體，以氫氣為載氣，以IS氣為稀釋氣體，沉積溫度為750~800°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的方法，其特征在于氧化物纖維或纖維預(yù)制件可選用氧化物玻璃纖維和氧化物陶瓷纖維，尤其是石英纖維，高硅氧纖維，氧化鋁纖維，莫來(lái)石纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的方法，其特征在于硅溶膠浸潰所使用的硅溶膠濃度為15~35%，將浸潰罐中氣壓抽至負(fù)壓，利用負(fù)壓將硅溶膠吸入浸潰罐，當(dāng)硅溶膠完全覆蓋纖維后，增加浸潰罐壓力至2~5MPa，保持此壓力5~10分鐘，之后利用氣壓將多余硅溶膠排出，從浸潰罐中取出預(yù)制件，放置在烘箱中準(zhǔn)備進(jìn)行熱處理工藝。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的方法，其特征在于烘干工藝是從室溫升至90~110°C，升溫速率為I~2°c每分鐘，然后在90~110°C保溫60-90分鐘，然后使得溫度升至180~200°C，升溫速率為2~3°C每 分鐘，然后在150~200°C保溫I~2小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C04B35/80GK103664214SQ201210337247
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月13日
【發(fā)明者】陳照峰, 劉勇, 朱建勛, 李斌斌 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)