本技术涉及一种超高温自修复多功能碳纤维增强陶瓷基复合材料平板的制备技术。该方法通过在纤维布表面制备PyC/SiBN抗氧化界面,引入SiC纳米线、BC、AlO、ZrSi、CeO和液态陶瓷先驱体,实现梯度渐变铺层。在高温高压下形成复合材料,并通过机械加工至设计尺寸。该平板构件可耐1600℃以上高温,解决碳纤维抗氧化问题,缩短制备周期,并具有优异的力学性能。
背景技术
未来新一代空天发动机热端构件承温将达到1600℃及以上,现在使用的陶瓷纤维在此温度下几乎全都失效严重,碳纤维是一种高强度和高模量的耐高温纤维,在惰性气氛下,即使超过2000℃强度与模量等力学性能也不会下降,作为目前唯一一种可以满足承温1600℃及以上长时使用的连续纤维,使用其制备的连续碳纤维增强陶瓷基复合材料具有低密度、耐超高温、耐腐蚀、低热膨胀系数、高热导率、高气化温度和力学性能优异等优点,作为短时抗烧蚀材料已在航天领域获得广泛应用。
但在高压高速气流燃气气流冲刷侵蚀的有氧环境下,超过400℃就会导致碳纤维氧化,从而导致材料失效,因此碳纤维增强陶瓷基复合材料作为高温结构材料应用于空天发动机可重复使用、宽温域、复杂热/力/氧耦合服役环境下,尚存在纤维易氧化的瓶颈难题,目前,解决碳纤维增强陶瓷基复合材料易氧化的问题主要通过制备抗氧化涂层的途径,但在服役过程中,涂层极易剥落,剥落后将无法再起到防护效果,仅依靠现有涂层技术无法实现宽温域长时超高温热防护,而在材料内部加入在不同温段具有良好抗氧化及隔热效果的陶瓷颗粒对基体进行改性,通过组分调控,则可以保证复合材料拥有更长的服役寿命,实现复合材料宽温域自愈合与超高温隔热抗氧化,提高碳纤维增强陶瓷基复合材料的抗氧化自愈合能力。同时,在服役过程中,发动机还需承受复杂苛刻的热-机械载荷,为了进一步提升复合材料的力学性能,通过原位生成纳米线可以实现材料的多尺度强韧化。
实现思路