專利名稱：一種c/sibnc復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于SIBNC復(fù)合材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種C/SIBNC復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
SiBNC陶瓷具有優(yōu)異的耐高溫、抗氧化、抗熱震以及抗蠕變等性能，應(yīng)用前景廣泛，但SiBNC陶瓷的脆性大，大大限制了它的應(yīng)用，用C纖維增強(qiáng)SiBNC制得復(fù)合材料，可以克 服SiBNC陶瓷的脆性，同時保留基體耐高溫性、抗氧化、抗熱震等優(yōu)異性能，因此C/SiBNC復(fù)合材料可作為天線罩燒蝕-承載區(qū)的候選材料。但由于前驅(qū)體浸潰法得到的C/SiBNC復(fù)合材料陶瓷基體在高溫?zé)Y(jié)過程中有小分子溢出，會出現(xiàn)“發(fā)泡”現(xiàn)象，導(dǎo)致復(fù)合材料基體有很多氣孔，密度很小，內(nèi)部有很多裂紋，力學(xué)性能很差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種C/SIBNC復(fù)合材料的制備方法，該方法簡單，成本低，對設(shè)備的要求不高，得到的C/SIBNC復(fù)合材料密度大，氣孔小，成分均勻，無裂紋，性能優(yōu)異。本發(fā)明的一種C/SIBNC復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟(I)聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物的聚合將單體BSZ (氮甲基硅氮硼烷)在80_230°C聚合6_40h得到聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物。(2)碳纖維布浸潰聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物在室溫至300°C下將碳纖維布浸于上述聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物中，壓力為真空或者10-750Mpa，熱壓浸潰0. 5_30h ；(3)交聯(lián)處理將步驟(2)得到的浸潰有聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物的碳纖維布進(jìn)行交聯(lián)處理，具體操作為在惰性氣氛下以1_20°C /min的升溫速率升到200-500°C，保溫2_30h，使前驅(qū)體充分交聯(lián)，達(dá)到不熔化的目的；(4)熱壓在惰性氣氛保護(hù)下將步驟(3)得到的碳纖維布在80-500°C且40_750Mpa壓力下保持0. l_5h進(jìn)行熱壓成型，然后降到室溫，并在降溫過程中逐漸釋放壓力，得到熱壓成型后的不熔化樣品；(5)高溫?zé)Y(jié)在惰性氣氛下，將步驟(4)得到的熱壓成型后的不熔化樣品以0. 1-20°C /min升溫速率加熱至800-2000°C，保溫0. l_20h，然后降至室溫，即得到C/SIBNC復(fù)合材料。所有的步驟都是在隔絕空氣和水分的情況下進(jìn)行的。
所述步驟(2)中熱壓浸潰是在高純(99. 999% )氮氣或高純氬氣中進(jìn)行的。所述步驟(3)、(4)、(5)中的惰性氣氛為高純氬氣或高純氮氣。所述步驟(4)所得到的熱壓成型后的不熔化樣品中含有3-10層碳纖維布，纖維的質(zhì)量含量在15% -70%。本發(fā)明采用熱壓-燒結(jié)法得到了氣孔率小，無裂紋，性能優(yōu)良的C/SiBNC復(fù)合材料。本發(fā)明通過將C纖維布浸潰具有一定交聯(lián)度的SIBNC陶瓷材料前驅(qū)體中，在一定的溫度和壓力下進(jìn)行熱壓成型，然后將成型的樣品進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，即可。本發(fā)明的一種C/SIBNC復(fù)合材料的制備過程如圖I所示。有益效果(I)本發(fā)明的制備方法簡單，成本低，對設(shè)備的要求不高；(2)本發(fā)明得到的C/SIBNC復(fù)合材料密度大，氣孔小，成分均勻，無裂紋，性能優(yōu)
巳


圖I為本發(fā)明的制備C/SIBNC復(fù)合材料的工藝流程圖；圖2為在150°C聚合32h的聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物在250°C，500Mpa壓力下保持5h后得到的照片圖3為在150°C聚合32h的聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物在250°C，500Mpa壓力下保持5h后在氬氣氣氛下以1°C /min燒結(jié)到1400°C C/SiBNC復(fù)合材料斷面SEM照片。圖4為在150°C聚合32h的聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物在250°C，500Mpa壓力下保持5h后在氬氣氣氛下以1°C /min燒結(jié)到1400°C復(fù)合材料基體的紅外曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實施例I將70g四氯化硅(0. 41mol)和12. 5g的六甲基硅氮烷(0. 08mol) 一起置于250ml的三口燒瓶中，在室溫下攪拌20h，得到的產(chǎn)物在_40°C下緩慢的滴加入裝有163g的三氯化硼(1.39mol)的500ml的燒瓶中。滴加完后溫度升至0°C反應(yīng)lh，再緩慢的升至室溫，然后在_78°C強(qiáng)烈攪拌下向三口燒瓶中緩慢滴加到IOOml的甲胺的無水甲苯溶液中，當(dāng)?shù)渭油旰?，溫度升?°C，反應(yīng)5h，在升至室溫反應(yīng)10h，然后在真空下強(qiáng)烈攪拌到75°C去除甲苯，可得到單體氮甲基硅氮硼烷(BSZ)。上述的操作過程均需在無水無氧的環(huán)境中進(jìn)行。實施例2將單體BSZ在130°C下聚合12h得到聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物。將碳纖維布在室溫下真空浸潰聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物10h，然后將浸潰后的碳纖維置于燒結(jié)爐中使聚硅氮 硼烷前驅(qū)體聚合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，該操作在惰性氣氛下以5°C /min的升溫速率升到280°C，保溫4h，使前驅(qū)體充分交聯(lián)。將上述步驟處理后得到的碳纖維布放入不銹鋼模具，升溫到80°C，在IOOMpa壓力下保持0. 5h，然后在降溫到室溫的過程中逐漸將壓力卸載。接著將脫模的樣品裝入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)，在惰性氣氛下以5°C /min升溫速率加熱至1400°C，保溫3小時，然后降至室溫，得到C/SIBNC復(fù)合材料。實施例3將單體聚硅氮硼烷前驅(qū)體在150°C下聚合20h得到具有一定聚合度的聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物。將處理過的碳纖維浸于聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物，在100°c真空浸潰10h，將浸潰在碳纖維上的聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物置于燒結(jié)爐中進(jìn)行不熔化處理，該操作在惰性氣氛下以10°c /min的升溫速率升到300°C，保溫10h，使前驅(qū)體充分交聯(lián)。然后將上述步驟處理后得到的碳纖維裝入不銹鋼模具，升溫到120°C，在200Mpa壓力下保持lh，然后在降溫到室溫的過程中逐漸將壓力卸載。接著將脫模的樣品裝入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)，以1°C /min升 溫速率在惰性氣氛下加熱至1600°C，保溫0. 5h，然后降至室溫，得到最終樣品。實施例4將單體聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合在180°C下，聚合25h得到具有一定聚合度的聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物。將處理過的碳纖維浸于聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物，在80°C真空浸潰20h，將浸潰在碳纖維上的聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物置于燒結(jié)爐中進(jìn)行不熔化處理，該操作在惰性氣氛下以15°C /min的升溫速率升到350°C，保溫15h，使前驅(qū)體充分交聯(lián)。然后將上述步驟處理后得到的碳纖維裝入不銹鋼模具，升溫到180°C，在300Mpa壓力下保持I. 5h，然后在降溫到室溫的過程中逐漸將壓力卸載。接著將脫模的樣品裝入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)，以IO0C /min升溫速率在惰性氣氛下加熱至1000°C，保溫2h，然后降至室溫，得到最終樣品。上述所有的步驟都是在隔絕空氣和水分的情況下進(jìn)行的。實施例5將單體聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合在200°C下，聚合30h得到具有一定聚合度的聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物。將處理過的碳纖維浸于聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物，在10(TC、50Mpa熱壓浸潰10h，將浸潰在碳纖維上的聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物置于燒結(jié)爐中進(jìn)行不熔化處理，該操作在惰性氣氛下以15°C /min的升溫速率升到400°C，保溫20h，使前驅(qū)體充分交聯(lián)。然后將上述步驟處理后得到的碳纖維裝入不銹鋼模具，升溫到200°C，在IOOMpa壓力下保持0. 5h，然后在降溫到室溫的過程中逐漸將壓力卸載。接著將脫模的樣品裝入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)，以5°C /min升溫速率在惰性氣氛下加熱至1800°C，保溫3h，然后降至室溫，得到最終樣品。實施例6將單體聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合在150°C下，聚合32h得到具有一定聚合度的聚合物。將處理過的碳纖維浸于聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物，在200°C、500Mpa下熱壓浸潰20h，將浸潰在碳纖維上的聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物置于燒結(jié)爐中進(jìn)行不熔化處理，該操作在惰性氣氛下以15°C/min的升溫速率升到400°C，保溫24h，使前驅(qū)體充分交聯(lián)。然后將上述步驟處理后得到的碳纖維裝入不銹鋼模具，升溫到250°C，在500Mpa壓力下保持5h，然后在降溫到室溫的過程中逐漸將壓力卸載。接著將脫模的樣品裝入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)，以5°C /min升溫速率在惰性氣氛下加熱至1600°C，保溫5h，然后降至室溫，得到最終樣品。
權(quán)利要求
1.一種C/SIBNC復(fù)合材料的制備方法，包括 (1)將單體氮甲基硅氮硼烷BSZ在80-230°C聚合6-40h得到聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物； (2)在室溫至300°C下將碳纖維布浸于上述聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物中，壓力為真空或者10-750Mpa，熱壓浸潰0. 5_30h ； (3)將步驟(2)得到的浸潰有聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物的碳纖維布進(jìn)行交聯(lián)處理，具體操作為在惰性氣氛下以1_20°C /min的升溫速率升到200_500°C，保溫2_30h ； (4)在惰性氣氛保護(hù)下將步驟(3)得到的碳纖維布在80-500°C且40-750Mpa壓力下保持0. l_5h進(jìn)行熱壓成型，然后降到室溫，并在降溫過程中逐漸釋放壓力，得到熱壓成型后的不熔化樣品； (5)在惰性氣氛下，將步驟(4)得到的熱壓成型后的不熔化樣品以0.1-20°C /min升溫速率加熱至800-2000°C，保溫0. l_20h，然后降至室溫，即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種C/SIBNC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的整個制備方法都是在隔絕空氣和水分的情況下進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種C/SIBNC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中熱壓浸潰是在高純氮氣或高純氬氣中進(jìn)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種C/SIBNC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述步驟(3)、(4)、(5)中的惰性氣氛為高純氬氣或高純氮氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種C/SIBNC復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述步驟(4)所得到的熱壓成型后的不熔化樣品中含有3-10層碳纖維布，纖維的質(zhì)量含量在15% -70%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種C/SIBNC復(fù)合材料的制備方法，包括(1)將單體BSZ聚合得到聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物；(2)將碳纖維布熱壓浸漬于上述聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物中；(3)將步驟(2)得到的浸漬有聚硅氮硼烷前驅(qū)體聚合物的碳纖維布進(jìn)行交聯(lián)處理；(4)將步驟(3)得到的碳纖維布進(jìn)行熱壓成型，然后降到室溫，并在降溫過程中逐漸釋放壓力，得到熱壓成型后的不熔化樣品；(5)將步驟(4)得到的熱壓成型后的不熔化樣品進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，即得。本發(fā)明的制備方法簡單，成本低，對設(shè)備的要求不高；本發(fā)明得到的C/SIBNC復(fù)合材料密度大，氣孔小，成分均勻，無裂紋，性能優(yōu)異。
文檔編號C04B35/622GK102643101SQ20121011588
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者余木火, 劉振全, 唐彬彬, 孫澤玉, 張婧, 彭雨晴, 牟世偉, 王征輝, 胡建建, 袁佳, 賈軍, 鄧智華, 邱顯星, 韓克清 申請人:東華大學(xué)