專利名稱：碳/碳/碳化硅復合材料緊固件及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高溫爐用熱場零件及制備方法，具體地說是一種碳/碳/碳化硅復合材料緊固件及制備方法。
背景技術：
碳/碳復合材料是目前廣泛應用的先進復合材料之一，它是由碳纖維或各種碳織物增強碳基體所形成的復合材料，具有密度低，比強度高，耐磨損，耐高溫、熱膨脹系數小等優(yōu)良性能。該材料通常先用碳纖維制成的網胎與網胎、或碳布與碳布、或網胎與碳布通過交替疊層針刺復合成碳纖維預制體，然后將預制體放入化學氣相反應爐中，利用高溫下碳源氣體裂解產生的熱解碳對預制體進行化學氣相增密，使碳纖維預制體密度逐步增加而成為碳/碳復合材料。該材料現已成為航空航天、冶金、新能源等領域的重要基礎材料之一，是 石墨制品和耐熱鋼的理想替代品。目前，碳/碳復合材料已廣泛應用于如單晶爐、多晶爐等高溫領域，用來制作熱場零件，如坩堝、導流筒、保溫筒、發(fā)熱體、緊固件等。文獻I :“C/C復合材料制造硅晶體生長坩堝初探，炭素，2004 (2) : P3 P7”公開了一種試制的C/C復合材料坩堝進行了工業(yè)性試驗，結果表明C/C復合材料機械強度高、耐熱沖擊性能和化學穩(wěn)定性好，其使用壽命高于高純石墨坩堝，然而，試驗結果也發(fā)現了 C/C復合材料坩堝的缺陷，氧化侵蝕(SiO2和Si)對C/C復合材料坩堝的使用壽命影響很大。申請人:為了解決高溫硅蒸汽對C/C復合材料使用性能的影響，對硅單晶生產廠家使用后的C/C復合材料坩堝進行了分析實驗，并采用了材料力學試驗機(美國Inst!X)n3369材料力學試驗機)測試試樣的力學性能，掃描電鏡(SEM，JSM 6360LV)分析材料的微觀結構，X射線能譜儀(EDS，EDX GENESIS 60S型)分析試樣表面元素分布，結果見圖I、圖2、圖3、圖4。從圖I、圖2中可以看出硅蒸汽侵蝕后試樣內部生成了很多其它物質；從圖3、圖4中可以得知，所生成的其它物質是碳化硅(或者硅和碳化硅的混合物)；同時對其力學性能測試結果表明未經侵蝕的試樣抗彎強度為105MPa，被嚴重侵蝕的試樣抗彎強度僅為24. 5MPa，與石墨的強度相近，說明硅蒸汽侵蝕是導致C/C復合材料坩堝失效的主要原因。為了解決高溫硅蒸汽對C/C復合材料使用性能的影響，就目前的技術而言，最常用的方法就是做表面涂層，主要是硅基陶瓷涂層(如SiC或MoSi2等)。文獻2 “原位生長碳納米管對化學氣相沉積SiC涂層的影響，中國有色金屬學報，2011，(2) : P418 P424”介紹了一種以C/C復合材料為基體，采用化學氣相沉積法在復合材料表面制備SiC涂層，結果表明經(110(TC，3min)(室溫，3min)熱循環(huán)15次后，SiC涂層失重率為33. 17%，熱震過程中部分區(qū)域涂層脫落是涂層試樣失重的主要原因?？梢?，由于C/C復合材料基體和SiC涂層之間熱膨脹系數不匹配，制備的涂層與C/C復合材料基體的結合性較差，在急冷急熱過程中容易脫落，不能長時間的保護C/C復合材料不被侵蝕。針對陶瓷基涂層與C/C復合材料熱膨脹系數不匹配的缺陷，最好的解決方案就是通過化學氣相滲透(簡稱CVI)法把SiC滲透到C/C復合材料內部，從而形成C/SiC或者C/C-SiC復合材料，常用的方法有化學氣相滲透、先驅體轉化(簡稱PIP)法或CVI + PIP法。文獻3 “C/C-SiC復合材料制備方法及應用現狀，炭素，2008 (2) : P29 P35”介紹了 C/C-SiC復合材料的制備方法，分析了各種制備方法的優(yōu)缺點，尤其對常用的PIP法和新發(fā)展起來的CVI+PIP混合工藝進行了重點介紹。文獻指出采用單一的CVI法很難制備出高密度的C/SiC或者C/C-SiC復合材料，而采用單一的PIP法或者CVI+PIP法雖然能制備出高密度的C/SiC或者C/C-SiC復合材料，然而在PIP過程中會殘留一定量的Si，自由Si不可避免會與碳纖維發(fā)生反應，造成增強相碳纖維的損傷，導致碳纖維增韌補強作用降低，從而使材料的綜合性能下降，特別是力學強度大幅降低，導致材料災難性斷裂。同時，其工藝流程復雜，需要反復浸潰多次。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種制備工藝簡單、耐硅蒸汽侵蝕的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件及制備方法。本發(fā)明是采用如下技術方案實現其發(fā)明目的的，一種碳/碳/碳化硅復合材料緊固件，它通過對緊固件的碳纖維預制體采用化學氣相滲透法對其進行熱解碳和碳化硅交替增密或者熱解碳和碳化硅混合增密后，再經機加工、純化后制備而成，其密度為1.3g/cm3 2. 5g/ cm 3，彎曲強度彡300MPa，斷裂韌性彡15MPa.m1/2。本發(fā)明為進一步增加碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的抗硅蒸汽腐蝕能力，在碳/碳/碳化硅復合材料緊固件表面設有碳化硅涂層。一種碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的制備方法，它包括以下步驟
⑴碳纖維預制體制備將碳纖維按緊固件的形狀和性能要求制成所需結構和形狀的碳纖維預制體,其密度為0. 2g/ cm 3 I. Og/ cm 3 ；
⑵增密將步驟⑴制得的碳纖維預制體放入化學氣相反應爐中，采用化學氣相滲透法對其進行熱解碳和碳化硅交替增密或者熱解碳和碳化硅混合增密直至制得密度為I. 3g/cm 3 2. 5g/ cm 3的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件坯體；
⑶機加工將步驟⑵所得的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件坯體按產品要求加工成所需形狀和尺寸的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件制品；
⑷純化將步驟⑶制備的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件制品放入高溫純化爐中進行純化，純化溫度1600°C 2800°C，純化時間Ih 10h，即得碳/碳/碳化硅復合材料緊固件成品。本發(fā)明在步驟⑵中，所述的熱解碳和碳化硅交替增密的工藝條件為，將碳源氣體引入化學氣相反應爐中化學氣相滲透熱解碳，化學氣相滲透時間為Ih 600h，碳源氣體流量為lL/min 100 L/min,反應氣體的壓力為2kPa 12kPa ;然后關閉碳源氣體，以氫氣作為載氣，以氫氣或者氬氣作為稀釋氣體，用鼓泡法將三氯甲基硅烷引入化學氣相反應爐中化學氣相滲透碳化娃，反應氣體中三氯甲基娃燒與氫氣的流量比為I :5 20,反應氣體的壓力為2kPa 12kPa，盛裝三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒溫水浴中，水浴溫度18°C 45°C，化學氣相滲透時間為Ih 600h，如此交替增密制得碳/碳/碳化硅復合材料緊固件坯體。本發(fā)明為進一步提高材料的抗腐蝕能力，在步驟⑵中，所述的熱解碳和碳化硅交替增密為首先化學氣相滲透碳化硅，然后再交替化學氣相滲透熱解碳和碳化硅，最后化學、氣相滲透碳化娃。本發(fā)明在步驟⑵中，所述的熱解碳和碳化硅混合增密的工藝條件為，同時將碳源氣體和三氯甲基硅烷引入化學氣相反應爐中化學氣相滲透熱解碳和碳化硅，碳源氣體流量為lL/min 100 L/min,三氯甲基娃燒用鼓泡法引入，以氫氣作為載氣，以氫氣或者IS氣作為稀釋氣體，反應氣體中硅原子與碳原子的個數比為I :1 5，三氯甲基硅烷與氫氣的流量比為I :5 20，反應氣體的壓力為2kPa 12kPa，盛裝三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒溫水浴中，水浴溫度18°C 45°C，化學氣相滲透時間為Ih 600h，如此混合增密制得碳/碳/碳化硅復合材料緊固件坯體。本發(fā)明為進一步增加碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的抗硅蒸汽腐蝕能力，將步驟⑶后制得的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件制品放入化學氣相反應爐中，采用化學氣相 沉積法制備碳化硅涂層。本發(fā)明所述碳化硅涂層制備的工藝條件為以氫氣作為載氣，以氫氣或者氬氣為稀釋氣體，用鼓泡法將三氯甲基硅烷引入化學氣相反應爐中化學氣相沉積碳化硅，反應氣體中三氯甲基硅烷與氫氣的流量比為I :5 20，反應氣體的壓力為2kPa 12kPa，盛裝三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒溫水浴中，水浴溫度18°C 45°C，化學氣相沉積時間為Ih IOOh,即可在碳/碳/碳化硅復合材料緊固件制品表面制得致密的碳化硅涂層。由于采用上述技術方案，本發(fā)明較好的實現了發(fā)明目的，其工藝簡單，實施方便，可以有效抑制娃蒸汽對碳/碳/碳化娃復合材料芯部碳纖維的侵蝕，制備的碳/碳/碳化硅復合材料彎曲強度大于300MPa，是碳/碳復合材料的2 5倍，斷裂韌性彡15MPa*m1/2,抗硅蒸汽腐蝕能力比碳/碳復合材料相比提高了 5 10倍，大幅度提高了緊固件的使用壽命，同時，其更高的強度也有利于提高熱場的安全性。


圖I是碳/碳復合材料試樣經硅蒸汽侵蝕前的表面微觀形貌 圖2是碳/碳復合材料試樣經硅蒸汽侵蝕后的表面微觀形貌 圖3是碳/碳復合材料試樣經硅蒸汽侵蝕前的表面元素分析 圖4是碳/碳復合材料試樣經硅蒸汽侵蝕后的表面元素分析 圖5是本發(fā)明實施例I所述碳/碳/碳化硅復合材料的截面背散射圖片；圖中碳/碳/碳化硅復合材料的密度為I. 65g/ cm 3，其中白色部分為碳化硅，中心黑色為碳纖維，碳纖維外表面黑色部分為熱解碳，采用熱解碳和碳化硅交替增密，熱解碳增密時的溫度為1100°C，化學氣相滲透時間為80h ;碳化硅增密時的溫度為1100°C，化學氣相滲透時間為50h ；
圖6是熱解碳和碳化硅交替增密與熱解碳和碳化硅混合增密時，碳/碳/碳化硅復合材料取樣測試的三點抗彎強度一位移曲線圖；圖中曲線A為熱解碳和碳化硅交替增密時，試樣的三點抗彎強度一位移曲線圖；曲線B為熱解碳和碳化硅混合增密時，試樣的三點抗彎強度一位移曲線圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。從圖I、圖2中可以看出，碳/碳復合材料試樣經硅蒸汽侵蝕后，試樣內部生成了很多其它物質；從圖3、圖4中可以得知，所生成的其它物質是碳化硅(或者硅和碳化硅的混合物)；同時，試樣力學性能測試結果表明，未經侵蝕的試樣抗彎強度為105MPa，被嚴重侵蝕的試樣抗彎強度僅為24. 5MPa，與石墨的強度相近，說明硅蒸汽侵蝕是導致碳/碳復合材料失效的主要原因。實施例I :
一種碳/碳/碳化硅復合材料緊固件，它通過對緊固件的碳纖維預制體采用化學氣相滲透法對其進行熱解碳和碳化硅交替增密或者熱解碳和碳化硅混合增密(本實施例為交替增密)后，再經機加工、純化后制備而成，其密度為I. 3g/ cm 3 2. 5g/ cm 3 (本實施例為
I.65g/cm 3)，彎曲強度≥300MPa，斷裂韌性≥15MPa*m1/2。
一種碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的制備方法，它包括以下步驟
⑴碳纖維預制體制備將碳纖維按緊固件的形狀和性能要求制成所需結構和形狀的碳纖維預制體，其密度為0. 2g/ cm 3 I. Og/ cm 3 (本實施例為0. 50g/ cm 3)；
制備碳纖維預制體時，可將碳纖維制成的網胎與網胎、或碳布與碳布、或網胎與碳布通過交替疊層針刺復合成碳纖維預制體，還可將碳纖維采用編織法編織成碳纖維預制體；本實施例采用網胎與碳布通過交替疊層針刺復合成碳纖維預制體。⑵增密將步驟⑴制得的碳纖維預制體放入化學氣相反應爐中，采用化學氣相滲透法對其進行熱解碳和碳化硅交替增密或者熱解碳和碳化硅混合增密(本實施例為交替增密)直至制得密度為I. 3g/ cm 3 2. 5g/ cm 3 (本實施例為I. 65g/ cm 3)的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件坯體；
在步驟⑵中，所述的熱解碳和碳化硅交替增密的工藝條件為，將化學氣相反應爐升溫至900°C 1400°C (本實施例為1100°C)，保溫Ih 6h (本實施例為Ih)。將碳源氣體(本實施例為甲烷)引入化學氣相反應爐中化學氣相滲透熱解碳，化學氣相滲透時間為Ih 600h (本實施例為80h)，碳源氣體流量為lL/min 100 L/min (本實施例為28L/min)，反應氣體的壓力為2kPa 12kPa (本實施例為5kPa);然后關閉碳源氣體，以氫氣作為載氣，以氫氣或者IS氣(本實施例為氫氣)作為稀釋氣體，用鼓泡法將三氯甲基娃燒引入化學氣相反應爐中化學氣相滲透碳化娃，反應氣體中三氯甲基娃燒與氫氣的流量比為I :5 20 (本實施例為1:5)，反應氣體的壓力為2kPa 12kPa (本實施例為3. 5kPa);盛裝三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒溫水浴中，水浴溫度18°C 45°C (本實施例為35°C)，化學氣相滲透時間為Ih 600h (本實施例為50h)，如此交替增密制得密度為I. 3g/ cm 3 2. 5g/ cm 3 (本實施例為I. 65g/ cm 3)的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件坯體；
本實施例為首先化學氣相滲透熱解碳，然后化學氣相滲透碳化硅，僅交替一次，化學氣相滲透總時間為130小時。⑶機加工將步驟⑵所得的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件坯體按要求加工成所需要形狀和尺寸的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件制品；
⑷高溫純化將步驟⑶制備的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件制品放入高溫純化爐中進行純化，純化溫度1600°C 2800°C (本實施例為2000°C)，純化時間Ih IOh (本實施例為2h)，即得碳/碳/碳化硅復合材料緊固件成品。由圖5可知，圖中白色部分為碳化硅，中心黑色為碳纖維，碳纖維外表面黑色部分為熱解碳，這說明先滲透的熱解碳圍繞碳纖維生長，后滲透的碳化硅把熱解碳和碳纖維包覆起來，可以有效阻止硅蒸汽對碳纖維和熱解碳的侵蝕。由圖6可知，本發(fā)明制備的碳/碳/碳化硅復合材料試樣測試的抗彎強度為325MPa(見圖中曲線A)，是同密度碳/碳復合材料的3 4倍，斷裂韌性彡15MPa*m1/2，且斷裂曲線表現出來明顯的假塑性，說明碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的使用安全性更高；由于碳/碳/碳化硅復合材料中含有大量的碳化硅基體，碳/碳/碳化硅復合材料的抗硅蒸汽腐蝕能力比碳/碳復合材料相比提高了 5 10倍。本發(fā)明的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件由于采用熱解碳和碳化硅交替增密的方法制備，充分利用熱解碳與碳纖維之間的結合性能好以及碳化硅強度高、抗腐蝕能力強的特點，使碳化硅充分的滲透進入碳纖維基體，保證碳化硅與碳纖維基體的高結合強度，強度高于碳/碳復合材料，且可以有效抑制娃蒸汽對碳/碳/碳化娃復合材料芯部碳纖維的侵蝕，長時間的保護碳/碳/碳化硅復合材料緊固件不被硅蒸汽侵蝕，大幅度提高了緊固件的使用壽命，同時，其更高的強度也有利于提高熱場的安全性。 實施例2
本發(fā)明在步驟⑵中，首先化學氣相滲透熱解碳，滲透時間20小時，然后化學氣相滲透碳化娃，滲透時間20小時,交替5次,最后化學氣相滲透碳化娃,化學氣相滲透總時間為200小時，制得密度為I. 92g/ cm 3的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件坯體。余同實施例I。本發(fā)明采用熱解碳和碳化硅交替增密的方法，可以在較短的時間內制得密度較高的碳/碳/碳化硅復合材料。同時，由于在材料密度較低的時候就進行化學氣相滲透碳化硅，使碳化硅能充分的滲透進入碳纖維基體，保證碳化硅與碳纖維基體的高結合強度，可以有效抑制硅蒸汽對芯部碳纖維的侵蝕，長時間的保護碳/碳/碳化硅復合材料緊固件不被硅蒸汽侵蝕，大幅度提高了緊固件的使用壽命。而且，熱解碳和碳化硅的多次交替滲透有利于緩解兩種基體熱性能不匹配的問題，提高碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的整體性能。實施例3
本發(fā)明為進一步提高碳/碳/碳化硅復合材料的抗腐蝕能力，在步驟⑵中，所述的熱解碳和碳化娃交替增密為首先化學氣相滲透碳化娃，先在碳纖維表面包裹一層碳化娃，然后再交替化學氣相滲透熱解碳和碳化硅，最后化學氣相滲透碳化硅，如此制備的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的抗腐蝕能力最好。余同實施例2。實施例4
本發(fā)明為進一步增加碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的抗硅蒸汽腐蝕能力，在碳/碳/碳化硅復合材料緊固件表面設有碳化硅涂層。即將步驟⑶后制得的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件制品放入化學氣相反應爐中，采用化學氣相沉積法制備碳化硅涂層。本發(fā)明所述碳化娃涂層制備的工藝條件為以氫氣作為載氣，以氫氣或者IS氣(本實施例為氫氣)為稀釋氣體，用鼓泡法將三氯甲基硅烷引入沉積爐中，反應氣體中三氯甲基硅烷與氫氣的流量比為I :5 20(本實施例為1:10)，反應氣體的壓力為2kPa 12kPa(本實施例為5kPa);盛裝三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒溫水浴中，水浴溫度18°C 45°C (本實施例為35°C)，沉積時間為Ih IOOh (本實施例為10h)，即可在碳/碳/碳化硅復合材料緊固件制品表面制得致密的碳化硅涂層。
余同實施例I。由于制備的碳/碳/碳化硅復合材料中含有大量的碳化硅基體，因此，在本發(fā)明制備的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件表面制備的致密碳化硅涂層與基體的熱匹配性好，結合強度高于直接在碳/碳復合材料表面制備的碳化硅涂層。實施例5 一種碳/碳/碳化硅復合材料緊固件，它通過對碳纖維預制體采用化學氣相滲透法對其進行熱解碳和碳化硅交替增密或者熱解碳和碳化硅混合增密(本實施例為混合增密)后，再經機加工、純化后制備而成，其密度為I. 3g/ cm 3 2. 5g/ cm 3 (本實施例為I. 7g/ cm 3),彎曲強度彡300MPa，斷裂韌性彡15MPa*m1/2。在步驟⑵中，所述的熱解碳和碳化硅混合增密的工藝條件為，同時將碳源氣體和三氯甲基硅烷引入化學氣相反應爐中化學氣相滲透熱解碳和碳化硅，碳源氣體流量為IL/min 100 L/min(本實施例為18L/min),三氯甲基娃燒用鼓泡法引入，以氫氣作為載氣，以氫氣或者IS氣(本實施例為氫氣)作為稀釋氣體，反應氣體中娃原子與碳原子的個數比為I :I 5 (本實施例為1:3)，三氯甲基硅烷與氫氣的流量比為I :5 20 (本實施例為1:5)，反應氣體的壓力為2kPa 12kPa (本實施例為5kPa);盛裝三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒溫水浴中，水浴溫度18°C 45°C (本實施例為35°C)，化學氣相滲透時間為Ih 600h (本實施例為100h)，如此混合增密制得密度為I. 3g/ cm 3 2. 5g/ cm 3 (本實施例為I. 7g/ cm 3)碳/碳/碳化硅復合材料緊固件坯體。由圖6可知，本發(fā)明制備的碳/碳/碳化硅復合材料試樣測試的抗彎強度為355MPa(見圖中曲線B)，是同密度碳/碳復合材料的3 4倍，斷裂韌性彡15MPa*m1/2，且斷裂曲線表現出來明顯的假塑性，說明碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的使用安全性更高；由于碳/碳/碳化硅復合材料中含有大量的碳化硅基體，碳/碳/碳化硅復合材料的抗硅蒸汽腐蝕能力比碳/碳復合材料相比提高了 5 10倍。余同實施例I。實施例6
本發(fā)明為進一步增加碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的抗硅蒸汽腐蝕能力，在碳/碳/碳化硅復合材料緊固件表面設有碳化硅涂層。即將步驟⑶后制得的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件制品放入化學氣相反應爐中，采用化學氣相沉積法制備碳化硅涂層。本發(fā)明所述碳化硅涂層制備的工藝條件為以氫氣作為載氣，以氫氣或者氬氣(本實施例為氫氣)為稀釋氣體，用鼓泡法將三氯甲基硅烷引入沉積爐中，反應氣體中三氯甲基硅烷與氫氣的流量比為I :5 20(本實施例為1:10)，反應氣體的壓力為2kPa 12kPa(本實施例為5kPa);盛裝三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒溫水浴中，水浴溫度18°C 45°C (本實施例為35°C)，沉積時間為Ih IOOh (本實施例為10h)，即可在碳/碳/碳化硅復合材料緊固件制品表面制得致密的碳化硅涂層。余同實施例5。
權利要求
1.一種碳/碳/碳化硅復合材料緊固件，其特征是它通過對緊固件的碳纖維預制體采用化學氣相滲透法對其進行熱解碳和碳化硅交替增密或者熱解碳和碳化硅混合增密后，再經機加工、純化后制備而成，其密度為I. 3g/ cm 3 2. 5g/ cm 3，彎曲強度彡300MPa,斷裂韌性≥15MPa.m1/2。
2.根據權利要求I所述的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件，其特征是在碳/碳/碳化硅復合材料緊固件表面設有碳化硅涂層。
3.—種碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的制備方法，其特征是它包括以下步驟 ⑴碳纖維預制體制備將碳纖維按緊固件的形狀和性能要求制成所需結構和形狀的碳纖維預制體,其密度為0. 2g/ cm 3 I. Og/ cm 3 ； ⑵增密將步驟⑴制得的碳纖維預制體放入化學氣相反應爐中，采用化學氣相滲透法對其進行熱解碳和碳化硅交替增密或者熱解碳和碳化硅混合增密直至制得密度為I. 3g/cm 3 2. 5g/ cm 3的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件坯體； ⑶機加工將步驟⑵所得的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件坯體按產品要求加工成所需形狀和尺寸的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件制品； ⑷純化將步驟⑶制備的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件制品放入高溫純化爐中進行純化，純化溫度1600°C 2800°C，純化時間Ih 10h，即得碳/碳/碳化硅復合材料緊固件成品。
4.根據權利要求3所述碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的制備方法，其特征是在步驟⑵中，所述的熱解碳和碳化硅交替增密的工藝條件為，將碳源氣體引入化學氣相反應爐中化學氣相滲透熱解碳，化學氣相滲透時間為Ih 600h,碳源氣體流量為lL/min 100 L/min,反應氣體的壓力為2kPa 12kPa ;然后關閉碳源氣體，以氫氣作為載氣，以氫氣或者IS氣作為稀釋氣體，用鼓泡法將三氯甲基硅烷引入化學氣相反應爐中化學氣相滲透碳化硅，反應氣體中三氯甲基硅烷與氫氣的流量比為I :5 20，反應氣體的壓力為2kPa 12kPa，盛裝三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒溫水浴中，水浴溫度18°C 45°C，化學氣相滲透時間為Ih 600h，如此交替增密制得碳/碳/碳化硅復合材料緊固件坯體。
5.根據權利要求3所述碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的制備方法，其特征是在步驟⑵中，所述的熱解碳和碳化硅交替增密為首先化學氣相滲透碳化硅，然后再交替化學氣相滲透熱解碳和碳化娃，最后化學氣相滲透碳化娃。
6.根據權利要求4所述碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的制備方法，其特征是在步驟⑵中，所述的熱解碳和碳化硅交替增密為首先化學氣相滲透碳化硅，然后再交替化學氣相滲透熱解碳和碳化娃，最后化學氣相滲透碳化娃。
7.根據權利要求3所述碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的制備方法，其特征是在步驟⑵中，所述的熱解碳和碳化硅混合增密的工藝條件為，同時將碳源氣體和三氯甲基硅烷引入化學氣相反應爐中化學氣相滲透熱解碳和碳化娃，碳源氣體流量為lL/min 100 L/min,三氯甲基娃燒用鼓泡法引入，以氫氣作為載氣，以氫氣或者IS氣作為稀釋氣體，反應氣體中硅原子與碳原子的個數比為I :1 5，三氯甲基硅烷與氫氣的流量比為I :5 20，反應氣體的壓力為2kPa 12kPa，盛裝三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒溫水浴中，水浴溫度18°C 45°C，化學氣相滲透時間為Ih 600h，如此混合增密制得碳/碳/碳化硅復合材料緊固件坯體。
8.根據權利要求3或4或5或6或7所述碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的制備方法，其特征是將步驟⑶后制得的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件制品放入化學氣相反應爐中，采用化學氣相沉積法制備碳化硅涂層。
9.根據權利要求8所述碳/碳/碳化硅復合材料緊固件的制備方法，其特征是所述碳化娃涂層制備的工藝條件為以氫氣作為載氣，以氫氣或者IS氣為稀釋氣體，用鼓泡法將三氯甲基硅烷引入化學氣相反應爐中化學氣相沉積碳化硅，反應氣體中三氯甲基硅烷與氫氣的流量比為I :5 20，反應氣體的壓力為2kPa 12kPa，盛裝三氯甲基硅烷的容器瓶置于恒溫水浴中，水浴溫度18°C 45°C，化學氣相沉積時間為Ih 100h，即可在碳/碳/碳化硅復合材料緊固件制品表面制得致密的碳化硅涂層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備工藝簡單、耐硅蒸汽侵蝕的碳/碳/碳化硅復合材料緊固件及制備方法，其特征是它通過對緊固件的碳纖維預制體采用化學氣相滲透法對其進行熱解碳和碳化硅交替增密或者熱解碳和碳化硅混合增密后，再經機加工、純化后制備而成，其密度為1.3g/㎝3～2.5g/㎝3，彎曲強度≥300MPa，斷裂韌性≥15MPa m1/2，本發(fā)明可以有效抑制硅蒸汽對碳/碳/碳化硅復合材料芯部碳纖維的侵蝕，制備的碳/碳/碳化硅復合材料彎曲強度大于300MPa，是碳/碳復合材料的2～5倍，斷裂韌性≥15MPa m1/2，抗硅蒸汽腐蝕能力比碳/碳復合材料相比提高了5～10倍，大幅度提高了緊固件的使用壽命，同時，其更高的強度也有利于提高熱場的安全性。
文檔編號C04B35/83GK102731133SQ201210230680
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權日2012年7月5日
發(fā)明者廖寄喬, 李丙菊, 李軍, 王躍軍, 譚周建, 邰衛(wèi)平, 龔玉良 申請人:湖南金博復合材料科技有限公司