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碳纤维增强碳化硅复合材料中的制备方法
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碳纤维增强碳化硅复合材料中的制备方法
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## 碳纤维增强碳化硅复合材料中的制备方法

根据制备原理的不同，碳纤维增强碳化硅复合材料的制备方法可分为有机前驱体浸渍与裂解法、化学气相渗透法、反应熔渗法以及料浆浸渍-热压烧结法。①有机前驱体浸渍与裂解法，将碳化硅有机聚合物前驱体（如聚碳硅烷）浸渍填充到碳纤维预制体中，经交联固化和在惰性气体保护下的高温热解，制备碳纤维增强碳化硅复合材料的方法。该方法具有材料制备温度低，纤维损伤小，适合制备大型复杂形状构件，且可实现构件近尺寸制备。但由于聚合物热解陶瓷产率低，必须经多次浸渍-热解循环才可实现材料的较高致密度，材料制备周期长。另外，有机前驱体热解生成的残余碳对碳化硅晶化有抑制作用，材料基体的晶化程度通常比较低，在高温条件下长期使用，由于碳化硅基体的再结晶会导致复合材料的强度下降。②化学气相浸渍法，根据化学气相沉积原理，利用高温反应气体在碳纤维预制体中的渗透和气相沉积反应原位生成碳化硅基体实现复合材料的致密化，最终制备碳纤维增强碳化硅复合材料的方法。化学气相浸渍法的优点有：材料制备温度低，纤维损伤小，基体结晶度高，材料力学性能优异；通过改变前驱体气源组元，可设计和调控沉积基体的化学成分和多尺度的显微结构；易于实现形状复杂和纤维体积分数高的复相陶瓷部件的净尺寸制备。其主要缺点为：碳化硅基体的制备效率低、生产周期长（l00小时以上）、制造成本高；复合材料孔隙率较高（10%～15%），影响材料的抗氧化性；碳化硅在材料表面和内部沉积速率不同，导致材料产生密度梯度；制备过程中产生腐蚀性强烈的副产物。③反应熔渗法，借鉴反应结合碳化硅技术，利用硅熔体在碳纤维增强碳基预制体中的毛细渗透并与碳反应生成碳化硅基体，实现碳纤维增强碳化硅复合材料的制备。主要包括3个基本过程：首先采用高压冲型或树脂转移模塑等工艺方式在碳纤维预制体内部填充有机树脂，然后通过高温裂解获得低密度的碳基复合材料，最后在真空条件下进行渗硅反应实现碳纤维增强碳化硅复合材料的制备。反应熔渗工艺具有制备周期短、成本低、密度高和净尺寸成型等优点，是一种具有市场竞争力的工业化生产技术。但是由于制备温度高，硅熔体不可避免地与纤维反应，导致纤维受损，性能下降；另外，复合材料内部存在一定量的残余硅，将影响复合材料高温力学性能。④料浆浸渍-热压烧结法，通过浆料浸渍工艺将碳化硅粉体与烧结助剂引入碳纤维预制体中，利用热压烧结制备出碳纤维增强碳化硅复合材料的方法。该方法具有制备周期短、设备简单、成本较低、所制备复合材料的致密度高和性能优异等特点。热压烧结过程中，温度、压力以及烧结助剂的种类和含量对于材料的烧结过程和性能有很大的影响。例如，烧结温度和压力过高将使得纤维损伤增大，影响材料性能。通过引入烧结助剂和使用纳米碳化硅粉体可以有效降低热压烧结温度和压力，减少纤维损伤。与其他制备方法相比，该方法通常只适合形状比较简单的一维和二维纤维增强陶瓷基复合材料，且难以实现大尺寸构件的制备。另外，热压烧结工艺对纤维的高温性能要求较高，制约了该工艺的发展。