一种陶瓷基复合材料及其制备方法和应用与流程

[0001]
本发明属于复合材料制备领域，涉及一种陶瓷基复合材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种含有多种陶瓷基体的低残余si复合材料及其制备方法和应用。


背景技术：

[0002]
随着经济技术的飞速发展，国内外近年来大量开展c/c-sic复合材料的制备技术和应用研究。c/c-sic陶瓷复合材料具有密度低、抗热震、耐磨、抗腐蚀、抗氧化、摩擦性能对外界环境介质(如霉菌、油污、潮湿等)不敏感和寿命长等优点。c/c-sic陶瓷复合材料作为主要的防热材料，结合了碳纤维和碳化硅基本的优势，被广泛应用于航空、航天等领域。尤其在航空航天飞行器上需要承受极高温度、抗烧蚀、抗冲刷情况严重的特殊部位具有很大的潜力。同时，因为碳陶(c/c-sic)制动材料具有优异的摩擦磨损性能，是近些年发展起来的一种新型制动材料，在高速列车、飞机等高能刹车领域具有广泛的应用前景。铁路作为重要的交通运输方法必须面临效率的挑战，提速是提高铁路运行效率的最优方法，因此高速列车时速300km/h以上已成为铁路发展的必然趋势。列车运行速度的提高对其安全性构成了重大的挑战，这就要求列车重要的安全系统性能必须随之大幅提高。列车的制动系统作为列车运行安全的重要保证，其性能也受到越来越多的重视，提高高速列车制动材料性能和减轻制动材料比重是进一步实现高速列车高速化和轻量化的必经之路。碳陶复合材料成为代替传统摩擦材料的研究热点。
[0003]
sic作为碳陶材料的主要基体成分，在材料中引入sic，通常有化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)法、先驱体浸渍-裂解(precursor infiltration and pyrolysis，pip)法、液相渗硅法(liquid silicon infiltration，lsi)或气相渗硅法(gas silicon infiltration，gsi)。不同的制备方法在材料中引入sic的方式不同，虽能在一定程度上提高材料的性能，但是，却都存在不同的缺陷，例如，cvd工艺制备的sic摩擦系数偏低，pip工艺制备的sic与其它组分结合力弱，使用过程中sic易脱落，lsi工艺或gsi工艺制备的sic在摩擦过程中磨损较大。中国专利文献cn109372916a公开了一种陶瓷增强碳/碳复合材料制动盘的制备方法。制备过程是将碳纤维预制体放入沉积炉中，先采用化学气相渗透工艺沉积碳，再使用液相树脂或液相沥青进行浸渍-碳化工艺，得到碳/碳复合材料制动盘坯体，然后将该坯体进行液相渗硅处理，进行机械加工，最终得到陶瓷增强碳/碳复合材料制动盘。通过这种工艺制备得到的sic类型单一，且晶粒较大，均为方棱形，磨损较大。中国专利文献cn106064951b公开了一种c/c-sic复合材料及其制备方法，该方法首先在碳纤维预制体上引入基体碳，然后通过化学气相沉积sic层，再使用气相渗硅烧结工艺(gsi工艺)使硅蒸汽与碳反应生成sic(以下称gsi-sic)。但是该专利文献中，气相沉积产生的sic(简称cvd-sic)层覆盖住了基体碳，因为cvd-sic层非常致密，气态硅不能和基体碳接触，所以碳硅反应的碳源很少，反应条件差，导致碳硅反应生成的gsi-sic含量少，不利于材料摩擦磨损性能提升。碳陶材料中碳硅反应碳源的引入，常见方法有沥青浸渍碳化、树脂浸渍-固化-热解和化学气相沉积等。专利cn102617178a公开了一种c/sic复合材料的制备方法，
该方法主要包括以下步骤：沉积sic层，浸渍沥青和碳化，气相渗硅。由于sic和碳纤维理化性质差异较大，该专利文献利用sic层直接保护碳纤维，会导致两组分之间界面性能差，对材料机械性能造成不利影响。
[0004]
上述cn102617178a和cn106064951b两篇专利文献所述碳陶材料中都引入了两种类型的sic，包括cvd-sic和gsi-sic。其中专利cn102617178a制备工艺是直接在碳纤维上热解沉积sic层，这种cvd-sic涂层厚度不宜过大，因为cvd-sic层太厚会因该层与碳纤维不匹配而开裂，所以该种方法中热解沉积sic的量占比小，且所占比例不能根据摩擦磨损性能需求进行调整设计。而专利cn106064951b申请所公开的制备方法没有直接的碳硅反应碳源，导致碳硅反应困难，碳硅反应生成的sic量较少，难以得到所需求的gsi-sic的量，所以该专利申请文献也存在两种类型的sic相所占比例不能根据材料性能需求进行调整设计的缺点。
[0005]
碳陶材料还大量应用于航空航天领域的耐热结构件中，在超高温、耐烧蚀结构件上的应用也颇具潜力，在超高温烧蚀环境中，高温高速气流会对碳陶材料有影响，因此可以通过基体改性，提高材料的抗烧蚀性能。中国专利文献cn104671815a公开了一种制备zrc-tic改性c/c-sic复合材料的方法，制备过程包括将含有热解碳层的c/c复合材料坯体置于含有zr粉、ti粉和si粉的混合粉末上，在保护气氛下，升温至1900℃～2300℃，再进行保温，制备得到zrc-tic改性c/c-sic复合材料。但是，此种制备工艺中c/c材料和金属反应时温度高，碳纤维在高温下会损伤，导致材料力学性能降低，且将cvd-c层作为碳硅反应的碳源，会导致si原子穿透cvd-c层，甚至到达碳纤维表面造成纤维硅化损伤，另外，会导致cvd-c被大量损耗，使得cvd-c的量减少，摩擦磨损性能下降，所以这种方法制备的材料不适用于摩擦领域。中国专利文献cn109851381a公开了一种采用ticu合金对c/c材料进行熔渗的方法，制备步骤是先在c/sic-zrc复合材料孔隙中预先沉积c基体，再通过毛细吸附引入ticu合金，引入新的超高温相tic。该专利文献制备材料的碳纤维表面无基体碳，而是利用sic和zrc直接保护碳纤维，碳纤维与sic、zrc组分之间界面结合性能差。且此种方法反应制备tic晶体与lsi-sic类似，与cvd-c的连接界面不好，连接强度低，造成磨损大，反应生成的tic相分布集中，对摩擦性能稳定性不利，且残余孔隙大部分是cu金属单质，应用于航空航天结构件，会有耐高温受限问题。


技术实现要素：

[0006]
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种兼具优异的摩擦磨损性能、力学性能和热学性能、包含多种类型陶瓷基组分且各种类型陶瓷基组分所占据的比例可设计调整的陶瓷基复合材料及其制备方法和应用，使陶瓷基复合材料的综合性能更加均衡，以满足高性能制动和航空航天结构件领域对材料性能的要求。
[0007]
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
[0008]
一种陶瓷基复合材料，包括以下质量分数的组分：
[0009][0010]
上述陶瓷基复合材料的组分中，残余si通常在0.5％～3％，即：
[0011][0012]
上述的陶瓷基复合材料，优选的，所述陶瓷基复合材料的密度为2.1g/cm3～2.5g/cm3，所述陶瓷基复合材料的弯曲强度≥350mpa，断裂韧性≥10mpa
·
m
1/2
，所述陶瓷基复合材料的热导率≥50w
·
m-1
·
k-1
，所述陶瓷基复合材料的动摩擦系数为0.3～0.5，磨损率≤0.3μm/次，摩擦系数稳定系数≥0.85。
[0013]
更优选的，所述陶瓷基复合材料的弯曲强度为350mpa～570mpa，断裂韧性为10mpa
·
m
1/2
～14mpa
·
m
1/2
，所述陶瓷基复合材料的热导率为50w
·
m-1
·
k-1
～85w
·
m-1
·
k-1
。
[0014]
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015]
(1)沉积c层：采用化学气相沉积法在碳纤维预制体内沉积碳基体，得到cvd-c，形成c/c坯体；
[0016]
(2)沉积sic层：通过化学气相沉积法在所得c/c坯体表面沉积sic层，得到cvd-sic，形成c/c-sic中间体ⅰ；
[0017]
(3)先驱体浸渍裂解制备sic：将所得c/c-sic中间体ⅰ置于浸渍液中进行浸渍，所述浸渍液由聚甲基硅烷和二甲苯组成，浸渍后进行固化，固化后在保护气氛下进行裂解，得到pip-sic，形成c/c-sic中间体ⅱ，当一次浸渍-固化-裂解达不到需求密度时，重复浸渍-固化-裂解过程，直至得到需求密度的c/c-sic中间体ⅱ为止；
[0018]
(4)浸渍沥青-碳化：将上述所得c/c-sic中间体ⅱ浸入到含纳米tio2的沥青中，采用真空-压力浸渍法，抽真空后，升温熔化沥青，加压浸渍沥青，得到含沥青浸渍料的c/c-sic中间体ⅱ，冷却后在惰性气氛保护下进行碳化，得到含沥青碳化料的c/c-sic中间体ⅱ，当一次浸渍沥青-碳化达不到需求密度时，重复浸渍沥青-碳化过程，直至得到需求密度的
含沥青碳化料的c/c-sic中间体ⅱ为止；
[0019]
(5)制备tic：将所得含沥青碳化料的c/c-sic中间体ⅱ置于流动保护气氛下加热，使纳米tio2与沥青碳反应原位生成tic，得到含弥散tic的c/c-sic材料中间体ⅲ；
[0020]
(6)气相渗硅：将所得含弥散tic的c/c-sic材料中间体ⅲ在真空条件下进行气相渗硅，得到gsi-sic，最终形成包含tic和三种类型sic的c/c-sic复合材料，即陶瓷基复合材料。
[0021]
上述的陶瓷基复合材料的制备方法，优选的，步骤(5)中，所述保护气氛为氮气或氩气，所述加热的温度为1450℃～1550℃，所述加热的时间为15min～30min。
[0022]
上述的陶瓷基复合材料的制备方法，优选的，步骤(4)中，所述真空-压力浸渍法的过程为：在密封条件下抽真空至小于500pa，20min～40min后，升温至沥青熔化后停止抽真空，用保护气体加压至1.0mpa～1.6mpa，加压浸渍沥青的温度为200℃～220℃，加压浸渍沥青的时间为1h～3h；所述碳化的温度为900℃～1200℃，所述碳化的时间为4h～6h。
[0023]
上述的陶瓷基复合材料的制备方法，优选的，步骤(3)中，所述浸渍液中二甲苯与聚甲基硅烷的质量比为20～40∶100，所述聚甲基硅烷的重均分子量为700～1000，所述浸渍的温度为20℃～50℃，所述浸渍的压力为0.2mpa～0.8mpa，所述浸渍的时间为10min～20min，所述固化的温度为100℃～130℃，所述固化的压力为1mpa～3mpa，所述固化的时间为0.5h～2h，所述裂解时的保护气氛为氮气或氩气，所述裂解的温度为1000℃～1300℃，所述裂解的压力为1mpa～3mpa，所述裂解的时间为2h～6h。
[0024]
上述的陶瓷基复合材料的制备方法，优选的，步骤(6)中，所述气相渗硅的真空度为1pa～300pa，所述气相渗硅的温度为1500℃～1650℃，所述气相渗硅的时间为0.5h～2h。
[0025]
上述的陶瓷基复合材料的制备方法，优选的，步骤(4)中，所述含纳米tio2的沥青的制备步骤包括：准备沥青，升温控制沥青温度为160℃～180℃，搅拌2h～3h，加入沥青质量20％～40％的纳米tio2粉末，继续搅拌1h～2h，然后加入peg10000固体粉末，peg10000固体粉末的质量为沥青与纳米tio2总质量的1％～2％，持续搅拌1h～2h后，再通过超声震荡使纳米tio2更加均匀地分散于沥青中，得到含纳米tio2的沥青。
[0026]
上述的陶瓷基复合材料的制备方法，优选的，步骤(3)中，所述重复的次数为1次～10次；步骤(4)中，所述重复的次数为1次～8次。
[0027]
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的陶瓷基复合材料或者上述的制备方法制得的陶瓷基复合材料在制动领域或航空航天结构件领域的应用。
[0028]
本发明中，所述cvd-c为化学气相沉积c，所述cvd-sic为化学气相沉积sic，所述pip-sic为先驱体浸渍固化裂解sic，所述gsi-sic为气相渗硅烧结sic。
[0029]
本发明中，需求密度不做限定，可根据实际需要设计，也可根据各组分质量分数得到。
[0030]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0031]
1、本发明的碳陶材料在碳纤维表面先沉积cvd-c致密层，cvd-c与碳纤维之间的界面结合良好，然后在cvd-c层外增加cvd-sic致密层，强化对碳纤维的保护，再在两个致密层之外浸渍裂解产生pip-sic层，再将沥青碳引入材料其余孔隙，在后期gsi工艺中，硅渗入到多孔体后，绝大部分先和沥青碳反应，生成gsi-sic，随着碳硅反应完成，新生成的gsi-sic层与pip-sic层一起形成比较致密的sic，并与cvd-sic连成一体，这样一方面有效增加了碳
纤维外的保护层厚度，另一方面新生成的gsi-sic挤占了材料原有的大部分孔隙，造成后续渗硅通道减少，这两方面因素使得残余si透过保护层与碳纤维反应变得更为困难，因而降低了碳纤维硅化损伤程度。
[0032]
本发明的含纳米tio2的沥青在碳化过程中，反应产生的气体能够促使沥青在碳化过程中生成多孔状的碳，改变热解沥青碳的孔隙度、孔表面积和微观结构，提高基体碳的反应活性，使得后续的气相渗硅过程中碳硅反应更彻底，空间分布上也更均匀，避免了传统沥青碳与硅反应工艺过程中大块沥青碳存在夹心和大区域残留硅，复合材料的表面和内部的硅渗入量不均一，造成复合材料内外组分不均匀的缺陷。通过此种让沥青碳化后生成多孔碳的方法能保证后面引入碳硅反应完全，便于硅碳反应过程中硅需求量的理论计算，从而可以设计并实现低残余si的陶瓷基复合材料，增加材料中陶瓷组元的比例，提高材料性能。
[0033]
本发明通过在c/c-sic中间体中浸渍含有纳米tio2的沥青再进行碳化，能使tio2预先均匀分散在沥青中，然后tio2与沥青碳反应后生成tic颗粒，tic弥散分布在材料中，且pip-sic、gsi-sic和tic之间没有明显的分层和集中，避免了传统合金熔渗工艺中液态ti金属与碳基体反应生成tic相比较集中且晶粒较大的问题。本发明在碳陶制动材料中引入过渡金属碳化物tic相，并使其在sic物相中呈弥散分布，既能提高材料耐烧蚀和抗氧化性能，又能避免传统陶瓷基复合材料摩擦组元一般只有一种sic基体、制动过程力矩曲线波动较大和摩擦系数离散性大的问题。
[0034]
现有技术中单独采用pip法制备的sic在碳陶材料中呈微小块体状，相互之间没有化学连接，在实际使用过程中pip-sic微小块体易掉落。本发明将沥青碳引入pip-sic微小块体之间连接起来，形成连续的sic层，克服了pip-sic微小块体容易掉落的缺点。
[0035]
2、本发明将tic和多种类型的sic引入陶瓷基复合材料中，不仅有助于克服采用单一工艺引入单一类型sic所造成的材料性能缺陷，更是可以突破工艺之间结合的局限性，通过工艺顺序、工艺条件等多重设计，实现了多工艺的良好配合和协同增效，使得tic与pip-sic、gsi-sic结合良好且tic均匀分散，同时提高了材料的耐温性和抗氧化性能，使材料兼具优异的摩擦磨损性能、力学性能和热学性能。另外，通过控制复合材料组分的配比或工艺条件(如工艺时间等)，可对tic和不同类型sic的含量比例进行设计，满足了不同工况对材料性能的需求，提高了材料的综合性能。
具体实施方式
[0036]
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。若无特别说明，以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
[0037]
实施例1
[0038]
一种本发明的陶瓷基复合材料，包括以下质量分数的组分：
[0039]
碳纤维：22.7％，
[0040]
cvd-c：28.8％，
[0041]
cvd-sic：13.0％，
[0042]
pip-sic：17.8％，
[0043]
gsi-sic：7.9％，
[0044]
tic：7.4％，和
[0045]
残余si：2.4％。
[0046]
一种本实施例的陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0047]
(1)沉积c层：采用碳纤维制成单层的0
°
无纬布、90
°
无纬布和胎网，按照0
°
无纬布-胎网-90
°
无纬布-胎网的顺序依次循环叠加进行铺层，然后采用针刺的方法缝合，在垂直于铺层方向引入碳纤维束，制得三维针刺碳纤维预制体的密度为0.53g/cm3。三维针刺碳纤维预制体通过化学气相沉积法沉积增密，所用碳源前驱体为丙烯，稀释气体为氮气，丙烯与氮气体积流量比为3∶1，沉积温度950℃，增密得到1.19g/cm3的c/c坯体，即得到cvd-c。
[0048]
(2)沉积sic层：通过化学气相沉积法在c/c坯体表面沉积引入sic层，选用三氯甲基硅烷(ch3sicl3，缩写mts)作为沉积sic基体的气源，选用氢气和氩气分别作为载气和稀释气体，通过鼓泡法将mts引入反应室，氢气与mts的摩尔比为8，沉积温度1000℃，得到cvd-sic，形成c/c-sic中间体ⅰ，c/c-sic中间体ⅰ的密度为1.49g/cm3。
[0049]
(3)先驱体浸渍裂解制备sic：将上述具有sic层的c/c-sic中间体ⅰ置于由聚甲基硅烷和二甲苯组成的浸渍液中浸渍，浸渍液中二甲苯∶聚甲基硅烷的质量比＝30∶100。聚甲基硅烷的重均分子量为800，浸渍温度为30℃，压力为0.5mpa，浸渍时间为20min。浸渍后进行固化，固化温度为110℃，固化压力为1mpa，固化时间为2h。最后，在氮气保护下进行高温裂解，裂解温度为1050℃，裂解压力为2mpa，裂解时间为4h。重复浸渍、固化和裂解5次，形成pip-sic，得到密度为1.88g/cm3的c/c-sic中间体ⅱ。
[0050]
(4)浸渍沥青-碳化：将c/c-sic中间体ⅱ和分散有纳米tio2的沥青放入浸渍炉中，密封后开始抽真空至小于50pa，30分钟后送电升温至沥青熔化后停止抽真空，用氮气加压至1.4mpa，保持压力并升温到210℃进行浸渍，浸渍时间设为2h，自然冷却至室温后，在碳化炉内在惰性气氛保护下升温至1000℃，碳化5h。重复浸渍沥青-碳化4次，得到密度为2.06g/cm3的含沥青碳化料的c/c-sic中间体ⅱ。
[0051]
(5)制备tic：将含沥青碳化料的c/c-sic中间体ⅱ置于碳化炉内，在流动惰性ar气保护下加热，温度升至1500℃，保温20min，纳米tio2和沥青基碳发生原位反应转化为tic，得到含弥散tic的c/c-sic材料中间体ⅲ。
[0052]
(6)气相渗硅：将含弥散tic的c/c-sic材料中间体ⅲ置于高温真空炉气相渗硅，真空度为100pa，渗硅温度为1550℃，渗硅时间为1h，得到gsi-sic，最终制备得到陶瓷基复合材料。
[0053]
本实施例的步骤(4)中，含纳米tio2的沥青的制备步骤包括：在容器中加入沥青，升温控制沥青温度为170℃，搅拌2h，加入沥青质量35％的纳米tio2粉末，继续搅拌1h，然后将薄片状peg10000固体碾成粉末后加入搅拌的沥青和tio2混合物中，peg10000固体粉末的质量为沥青与纳米tio2总质量的1％，持续搅拌1.5h后，再通过超声震荡使纳米tio2更加均匀地分散于沥青中，得到含纳米tio2的沥青。其它实施例中所使用的含纳米tio2的沥青均可采用此方法制备得到。
[0054]
本实施例的步骤(3)中，聚甲基硅烷包括以下制备过程：以甲苯为反应溶剂，在三口烧瓶中加入甲苯和金属钠块，加热到钠块熔融后高速搅拌将其打碎成钠砂，滴加甲基二氯硅烷单体，在80℃回流24小时后停止加热，将体系静置冷却，待溶液分层后在氮气保护下用一端裹有滤纸的不锈钢毛细管过滤，所得滤液减压蒸馏除去甲苯，获得的浅黄色粘稠油状液体即为聚甲基硅烷。其它实施例中所使用的聚甲基硅烷均可采用此方法制备得到，但
不限于此。
[0055]
以本实施例1的方法制得的陶瓷基复合材料为样品，对样品进行材料力学性能、热学性能和摩擦磨损测试，所得结果列于表1。相较于其它实施例，本实施例制备得到的复合材料力学性能和摩擦磨损性能均较佳，综合性能较好，可在高性能摩擦制动领域应用，也可以用来制作航空航天结构件。
[0056]
表1实施例1样品材料的性能测试结果
[0057][0058]
实施例2
[0059]
一种本发明的陶瓷基复合材料，材料组成成分的质量百分比如下：
[0060]
碳纤维：22.5％，
[0061]
cvd-c：27.4％，
[0062]
cvd-sic：19.1％，
[0063]
pip-sic：10.4％，
[0064]
gsi-sic：8.9％，
[0065]
tic：9.2％，和
[0066]
残余si：2.5％。
[0067]
一种本实施例的陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0068]
(1)沉积c层：采用碳纤维制成单层的0
°
无纬布、90
°
无纬布和胎网，按照0
°
无纬布-胎网-90
°
无纬布-胎网的顺序依次循环叠加进行铺层，然后采用针刺的方法缝合，在垂直于铺层方向引入碳纤维束，制得三维针刺碳纤维预制体0.53g/cm3。三维针刺碳纤维预制体通过化学气相沉积法沉积增密，所用碳源前驱体为丙烯，稀释气体为氮气，丙烯与氮气体积流量比为3∶1，沉积温度1000℃，增密得到1.17g/cm3的c/c坯体，得到cvd-c。
[0069]
(2)沉积sic层：通过化学气相沉积法在c/c坯体表面沉积引入sic层，沉积过程同实施例1，得到cvd-sic，形成c/c-sic中间体ⅰ，c/c-sic中间体ⅰ的密度为1.61g/cm3。
[0070]
(3)先驱体浸渍裂解制备sic：将上述c/c-sic中间体ⅰ置于由聚甲基硅烷和二甲苯组成的浸渍液中浸渍，浸渍液中二甲苯∶聚甲基硅烷的质量比＝40∶100，聚甲基硅烷的重均分子量为800，浸渍温度为40℃，压力为0.6mpa，浸渍时间为20min。浸渍后进行固化，固化温度为120℃，固化压力为2mpa，固化时间为1.5h。最后，在氮气保护下进行高温裂解，裂解温度为1100℃，裂解压力为2mpa，裂解时间为3h。重复浸渍、固化和裂解3次，形成pip-sic，得到密度为1.86g/cm3的c/c-sic中间体ⅱ。
[0071]
(4)浸渍沥青-碳化：将c/c-sic中间体ⅱ和分散有纳米tio2的沥青放入浸渍炉，密封后开始抽真空至100pa以下，30分钟后送电升温至沥青熔化后停止抽真空，用氮气加压至1.4mpa，保持压力并升温到220℃进行浸渍，浸渍时间设为2h，自然冷却至室温后，在碳化炉内在惰性气氛保护下升温至1100℃，碳化4h。重复浸渍沥青-碳化3次，得到密度为2.11g/cm3的含沥青碳化料的c/c-sic中间体ⅱ。
的c/c-sic中间体ⅱ，也即得到pip-sic。
[0090]
(4)浸渍沥青-碳化：将c/c-sic中间体ⅱ和分散有纳米tio2的沥青放入浸渍炉中，密封后开始抽真空至100pa，30分钟后，送电升温至沥青熔化后停止抽真空，用氮气加压至1.4mpa，保持压力并升温到210℃进行浸渍，浸渍时间设为2h，自然冷却至室温后，置于碳化炉内在惰性气氛保护下升温至1100℃，碳化4h。重复浸渍沥青-碳化4次，得到密度为2.19g/cm3的含沥青碳化料的c/c-sic中间体ⅱ。
[0091]
(5)制备tic：在碳化炉中，将含沥青碳化料的c/c-sic中间体ⅱ体置于碳化炉内在流动n2气中加热，温度升至1550℃，保温20min，纳米tio2和沥青基碳发生原位反应转化为tic，得到含弥散tic的c/c-sic材料中间体ⅲ。
[0092]
(6)气相渗硅：将含弥散tic的c/c-sic材料中间体ⅲ置于高温真空炉气相渗硅，真空度为80pa，渗硅温度为1600℃，渗硅时间为1h，得到gsi-sic，最终制备得到密度为2.33g/cm3的陶瓷基复合材料。
[0093]
以本实施例3的方法制得的c/c-sic复合材料为样品，对样品进行材料力学性能、热学性能测试，所得结果列于表3。相对其它实施例，本实施例制备得到的复合材料的弯曲强度较优，更适合用作航空航天结构件。
[0094]
表3实施例3样品材料的性能测试结果
[0095][0096]
对比例
[0097]
一种c/c-sic复合材料，材料组成成分的质量百分比如下：
[0098]
碳纤维：26.5％，
[0099]
cvd-c：34.2％，
[0100]
gsi-sic：30.2％，和
[0101]
残余si：9.1％。
[0102]
制备方法如下：
[0103]
(1)采用碳纤维制成单层的0
°
无纬布、90
°
无纬布和胎网，按照0
°
无纬布-胎网-90
°
无纬布-胎网的顺序依次循环叠加进行铺层，然后采用针刺的方法缝合，在垂直于铺层方向引入碳纤维束，制得密度为0.56g/cm3的三维针刺碳纤维预制体。三维针刺碳纤维预制体通过化学气相沉积法沉积增密，所用碳源前驱体为丙烯，稀释气体为氮气，丙烯与氮气体积流量比为3∶1，沉积温度950℃，增密得到为1.52g/cm3的c/c坯体。
[0104]
(2)对密度为1.52g/cm3的c/c坯体进行气相渗硅，渗硅真空度为100pa，温度为1600℃，时间为3h，制备得到密度为2.18g/cm3的c/c-sic复合材料。
[0105]
以对比例的方法制得的c/c-sic复合材料作为样品，对样品进行材料力学性能、热学性能和摩擦磨损测试，所得结果列于表4。
[0106]
表4对比例样品材料的性能测试结果
[0107][0108]
通过对比实施例和对比例样品材料性能测试结果，本发明所制备的陶瓷基复合材料具有低密度、高强度、断裂韧性高、热导率良好、动摩擦系数适宜、磨损率低、摩擦系数稳定性好等特点。
[0109]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

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