一种导热SiC陶瓷基复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及导热材料，尤其涉及一种导热sic陶瓷基复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、sic陶瓷基复合材料由于在低密度、低热膨胀系数、高强度以及高温抗氧化等性能上具有突出优势，在热防护系统及热防护结构材料领域有重要价值。例如，在核能领域，包层材料需长期处于辐射、高温高压、粒子溅射等严苛服役环境；在高音速飞行器领域，由于气动摩擦升温导致飞行棋尖端基机翼前缘部分可达1800℃以上；在民用领域，摩擦制动材料需要良好的耐摩擦性能的同时也需要兼具优异的热、力性能。

2、在实际应用中，sic陶瓷基复合材料需要面对局部高温的问题，这对其作为热端材料的使用温度要求越来越高，解决方法之一是开发具有更高热导率的sic陶瓷基复合材料，从而降低温度梯度。除此之外，由于高温沿厚度方向扩散，导致容易损伤其内部其他非热端部件，这也是目前亟待解决的问题。

3、连续碳纤维增强sic复合材料可以克服sic复合材料较差的韧性，因而被广泛使用，但普通碳纤维热导率小于20 w/(m·k)，难以形成有效的导热路径，因此常见的sic复合材料导热性能较差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种导热sic陶瓷基复合材料及其制备方法，本发明制备的导热sic陶瓷基复合材料拥有超高的导热各向异性，即其平面方向拥有超高热导率，但厚度方向几乎隔热。

2、本发明提供了一种导热sic陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

3、a）将二维纤维布和高温石墨化处理后的石墨烯薄膜交替堆叠后，采用纤维线缝合，得到预制体；所述二维纤维布的材质包括聚丙烯腈基碳纤维；

4、b）将所述预制体进行高温脱粘处理；

5、c）将步骤b）处理后的预制体进行化学气相渗透处理，得到带有界面相的预制体；

6、d）采用聚碳硅烷对步骤c）得到的预制体进行浸渍后，再进行交联，高温裂解；

7、e）重复步骤d），直至复合材料的增重率小于3%，得到导热sic陶瓷基复合材料。

8、优选的，步骤a）中，所述纤维线的材质包括聚丙烯腈基碳纤维。

9、优选的，步骤a）中，所述高温石墨化处理的温度在2800℃以上；

10、所述高温石墨化处理后的石墨烯薄膜的厚度为10~100 μm。

11、优选的，步骤a）中，所述缝合过程的缝合密度为0.3~1缝合线/cm。

12、优选的，步骤b）中，所述高温脱粘处理的温度为900~1200℃；

13、所述高温脱粘处理在惰性气体保护下进行。

14、优选的，步骤c）中，所述化学气相渗透处理的温度为600~1300℃，时间为10~16 h，气源为c3h6气体或ch3sicl气体，气体流速为200~1000 ml/min，沉积压力为4~12 kpa，沉积界面厚度为100~1500 nm。

15、优选的，步骤d）中，所述浸渍的压力<10 pa，时间为10~14 h。

16、优选的，步骤d）中，所述交联在惰性气体保护下进行；温度为120~200℃；升温至交联温度的速率为2~10℃/min；交联的时间为20~60 min。

17、优选的，步骤d）中，所述裂解在惰性气体保护下进行；温度为1000~1400℃；升温至裂解温度的速率为2~10℃/min；裂解时间为60~120 min。

18、本发明还提供了一种上文所述制备方法制备的导热sic陶瓷基复合材料。

19、本发明提供了一种导热sic陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：a）将二维纤维布和高温石墨化处理后的石墨烯薄膜交替堆叠后，采用纤维线缝合，得到预制体；所述二维纤维布的材质包括聚丙烯腈基碳纤维；b）将所述预制体进行高温脱粘处理；c）将步骤b）处理后的预制体进行化学气相渗透处理，得到带有界面相的预制体；d）采用聚碳硅烷对步骤c）得到的预制体进行浸渍后，再进行交联，高温裂解；e）重复步骤d），直至复合材料的增重率小于3%，得到导热sic陶瓷基复合材料。本发明制备的导热sic陶瓷基复合材料具有显著各向异性的热导率，在导热方向，可将局部高温区域的热量快速、定向疏导到低温区域，而在非导热方向，材料是几乎隔热的，亦可有效防止高温损害内部其他部件。

技术特征：

1.一种导热sic陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a）中，所述纤维线的材质包括聚丙烯腈基碳纤维。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a）中，所述高温石墨化处理的温度在2800℃以上；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a）中，所述缝合过程的缝合密度为0.3~1缝合线/cm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b）中，所述高温脱粘处理的温度为900~1200℃；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c）中，所述化学气相渗透处理的温度为600~1300℃，时间为10~16 h，气源为c3h6气体或ch3sicl气体，气体流速为200~1000ml/min，沉积压力为4~12 kpa，沉积界面厚度为100~1500 nm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤d）中，所述浸渍的压力<10 pa，时间为10~14 h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤d）中，所述交联在惰性气体保护下进行；温度为120~200℃；升温至交联温度的速率为2~10℃/min；交联的时间为20~60min。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤d）中，所述裂解在惰性气体保护下进行；温度为1000~1400℃；升温至裂解温度的速率为2~10℃/min；裂解时间为60~120min。

10.权利要求1~9任意一项所述制备方法制备的导热sic陶瓷基复合材料。

技术总结
本发明涉及导热材料技术领域，尤其涉及一种导热SiC陶瓷基复合材料及其制备方法。所述复合材料的制备方法包括：A）将特定材质的二维纤维布和高温石墨化处理后的石墨烯薄膜交替堆叠后，采用纤维线缝合，得到预制体；B）将预制体进行高温脱粘处理；C）将处理后的预制体进行化学气相渗透处理，得到带有界面相的预制体；D）采用聚碳硅烷对步骤C）得到的预制体进行浸渍后，再进行交联，高温裂解；E）重复步骤D），直至复合材料的增重率小于3%，得到导热SiC陶瓷基复合材料。本发明制备的导热SiC陶瓷基复合材料拥有超高的导热各向异性，即其平面方向拥有超高热导率，但厚度方向几乎隔热。

技术研发人员：王震,蔡瑜
受保护的技术使用者：乌镇实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5