本發(fā)明是一種短纖維增強碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

纖維增強陶瓷基復(fù)合材料具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。在軍用領(lǐng)域，由于其具有耐高溫、韌性好、抗氧化性優(yōu)異等性能，而被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機、空天飛機及火箭尾噴部位；在民用領(lǐng)域，由于具備耐磨性好、耐摩擦等性能而被廣泛用于密封環(huán)、剎車盤等領(lǐng)域。目前，連續(xù)纖維增強碳化硅陶瓷主要有化學(xué)氣相滲透法、前驅(qū)體浸漬裂解法、熔融滲硅法及熱壓法制備。由于連續(xù)纖維增強陶瓷基復(fù)合材料制備成本高，因此主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。短纖維增強碳化硅基復(fù)合材料由于具備成本低、周期短等特性，在民用領(lǐng)域具有重要價值。

專利cn101314543a介紹了一種短碳纖維增韌碳化硅復(fù)合材料的制備方法，其特征是，將碳化硅顆粒表面改性，采用球磨工藝制備料漿，烘干漿料并對粉料進行造粒處理、模壓成型，熱壓燒結(jié)素坯。專利cn101555144b介紹了一種碳化硅短纖維增韌碳化硅陶瓷及其制備的方法。該專利報道的方法采用碳化硅粉體、釔鋁石榴石和碳化硅短纖維組成主原材料，采用球磨混合、造粒、干壓成型及無壓燒結(jié)工藝制備纖維增強短纖維增強陶瓷基復(fù)合材料。專利cn1600744a將碳化硅粉體配成料漿與短纖維通過超聲分散的方式，使纖維在基體中充分分散，干燥后脫粘，最后通過放電等離子快速燒結(jié)方法制備短纖維增強碳化硅復(fù)合材料。專利cn103204693a公開了一種短切碳纖維增強碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的方法。首先，將短切碳纖維去膠粗化預(yù)處理，然后將短切碳纖維、碳化硅粉及燒結(jié)助劑球磨混料，干燥后采用放電等離子燒結(jié)儀成型。us201313772389公布了一種纖維增強碳化硅基復(fù)合材料并用于剎車盤的方法，復(fù)合材料由短切碳纖維、碳、硅及碳化硅組成，該專利基體中富含碳與硅。

上述方法均采用外加燒結(jié)助劑或熔滲的方法燒結(jié)碳化硅，并且由于纖維與粉體的密度不同，混料過程中易出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象。上述方法中多采用氧化物作為燒結(jié)助劑，而氧化物作為燒結(jié)助劑時制備的碳化硅陶瓷基復(fù)合材料耐腐蝕性、耐高溫性較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題而設(shè)計提供了一種短纖維增強碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，其目的實現(xiàn)了短切纖維與粉體的均勻混合，且制備的復(fù)合材料不含氧化物，具有耐腐蝕、耐高溫的特性。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

該種纖維增強碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的制備方法的步驟如下：

步驟一、將纖維分散劑溶于水中，得到分散劑水溶液，纖維分散劑的重量為水重量的0.3～1.5％；

步驟二、將長度為3～20mm的短纖維分散于步驟一配制的分散劑水溶液中，機械攪拌1～20h，得到纖維分散水溶液，短纖維的體積為整個纖維增強碳化硅陶瓷基復(fù)合材料體積的10～60％；

步驟三、將碳化硅粉體及作為燒結(jié)助劑的碳粉、硼粉分散于步驟二配制的纖維分散水溶液中，得到短切纖維及粉體混合物，機械攪拌0.5～2h，碳粉的重量為碳化硅粉體重量的0.1～5％，硼粉的重量為碳化硅粉體重量的0.1～1％；

步驟四、將步驟三得到的短切纖維及粉體混合物置于烘箱中干燥，干燥溫度為80～200℃；

步驟五、將步驟四得到的干燥后的短切纖維及粉體混合物置于惰性氣氛爐中排膠，排膠溫度為500～1200℃，保溫時間0.5～2h；

步驟六、將排膠后的短切纖維及粉體混合物放入石墨模具中，在1600～2100℃之間，壓力范圍20～40mpa之間進行成型，得到纖維增強碳化硅陶瓷基復(fù)合材料。

步驟一中所述的纖維分散劑為羥甲基纖維素或羥乙基纖維素。

步驟五中所述的成型方法為等離子燒結(jié)法、熱壓燒結(jié)法或熱等靜壓法。

本發(fā)明的優(yōu)點和特點：

1.本發(fā)明采用高粘度的纖維分散劑同時具有粉體的穩(wěn)定劑作用，有助于纖維與粉體的均勻分散；

2.本發(fā)明的高粘度分散劑在惰性氣氛處理后轉(zhuǎn)變?yōu)樘?，與添加的碳粉及硼粉共同作為燒結(jié)助劑，避免了材料體系中出現(xiàn)雜質(zhì)；

3.本發(fā)明選用碳及硼作為燒結(jié)助劑，而非采用氧化物或氮化物體系作為燒結(jié)助劑，有利于基體耐高溫及耐腐蝕性能的提高；

4.本發(fā)明采用的短切纖維增強碳化硅陶瓷基復(fù)合材料，具有生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)過程無污染的特點，適于批量生產(chǎn)。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實例說明短纖維增強碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的制備方法。

實施例1

制備纖維增強碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的方法的步驟如下：

步驟一、將0.4g纖維分散劑溶于400g水中，得到分散劑水溶液；

步驟二、將3.65g長度為8mm的短纖維分散于步驟一配制的分散劑水溶液中，機械攪拌10h，得到纖維分散水溶液；

步驟三、將15g碳化硅粉體及作為燒結(jié)助劑的0.4g石墨粉、0.08g硼粉分散于步驟二配制的纖維分散水溶液中，得到短切纖維及粉體混合物，機械攪拌1h；

步驟四、將步驟三得到的短切纖維及粉體混合物置于烘箱中干燥，干燥溫度為150℃，干燥時間4h；

步驟五、將步驟四得到的干燥后的短切纖維及粉體混合物置于惰性氣氛爐中排膠，排膠溫度為1000℃，升溫速率10℃/min，保溫時間0.5h；

步驟六、將排膠后的短切纖維及粉體混合物放入石墨模具中，采用放電等離子法，在1800℃，保溫時間5min，壓力35mpa下進行成型，得到纖維體積含量占30％左右的纖維增強碳化硅陶瓷基復(fù)合材料。

實施例2

制備纖維增強碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的方法的步驟如下：

步驟一、將4g纖維分散劑溶于4000g水中，得到分散劑水溶液；

步驟二、將12.2g長度為12mm的短纖維分散于步驟一配制的分散劑水溶液中，機械攪拌10h，得到纖維分散水溶液；

步驟三、將210g碳化硅粉體及作為燒結(jié)助劑的5.2g石墨粉、1.1g硼粉分散于步驟二配制的纖維分散水溶液中，得到短切纖維及粉體混合物，機械攪拌1h；

步驟四、將步驟三得到的短切纖維及粉體混合物置于烘箱中干燥，干燥溫度為150℃，干燥時間4h；

步驟五、將步驟四得到的干燥后的短切纖維及粉體混合物置于惰性氣氛爐中排膠，排膠溫度為1000℃，升溫速率10℃/min，保溫時間0.5h；

步驟六、將排膠后的短切纖維及粉體混合物放入石墨模具中，采用熱壓法，在1800℃，保溫時間2h，壓力35mpa下進行成型，得到纖維體積含量占10％左右的纖維增強碳化硅陶瓷基復(fù)合材料。

實施例3

制備纖維增強碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的方法的步驟如下：

步驟一、將0.4g纖維分散劑溶于400g水中，得到分散劑水溶液；

步驟二、將1.65g長度為10mm的短纖維分散于步驟一配制的分散劑水溶液中，機械攪拌10h，得到纖維分散水溶液；

步驟三、將21g碳化硅粉體及作為燒結(jié)助劑的0.52g石墨粉、0.11g硼粉分散于步驟二配制的纖維分散水溶液中，得到短切纖維及粉體混合物，機械攪拌1h；

步驟四、將步驟三得到的短切纖維及粉體混合物置于烘箱中干燥，干燥溫度為150℃，干燥時間4h；

步驟五、將步驟四得到的干燥后的短切纖維及粉體混合物置于惰性氣氛爐中排膠，排膠溫度為1000℃，升溫速率10℃/min，保溫時間0.5h；

步驟六、將排膠后的短切纖維及粉體混合物放入石墨模具中，采用放電等離子法，在1800℃，保溫時間5min，壓力35mpa下進行成型，得到纖維體積含量占10％左右的纖維增強碳化硅陶瓷基復(fù)合材料。