一种在SiC纤维上原位生长B4C的方法与流程

本发明涉及陶瓷基复合材料，更具体地涉及一种在sic纤维上原位生长b4c的方法。

背景技术：

1、sic/sic复合材料是一种高性能的陶瓷基复合材料，基本结构由sic纤维、界面相和sic基体组成。在陶瓷基复合材料中，界面相能起到弥补纤维表面缺陷、调节基体与纤维增强体的物理化学相容性、传递载荷、阻碍服役环境损伤纤维等多重作用。目前主流的界面相是氮化硼（bn）、裂解碳（pyc）以及其复合界面相。pyc界面的抗氧化性较差，在500℃就开始氧化，生成气态氧化物，使界面相丧失调控功能。bn界面可修复纤维表面缺陷并偏转裂纹，明显改善陶瓷基复合材料的力学性能，且抗氧化性能明显优于pyc。

2、目前，常规的在sic纤维表面制备界面的方法为：将sic纤维固化后，在封闭的沉积炉中通反应气氛进行化学气相沉积。在该化学气相沉积中，首先，sic纤维预制体有一定厚度，界面沉积时外层与内层的气体流速不同使得界面均匀性存在较大差异，容易出现外层沉积厚度明显高于内部区域。其次，化学气相沉积制备涂层的温度较低，大部分为无定型态，容易分解，需要在其他设备进一步高温热处理将无定型转化为结晶态，在转移过程中，涂层容易分解，不利于得到高结晶涂层。最后，由于化学气相沉积（cvd）工艺的限制，纤维涂层（bn和pyc）与纤维基体之间结合不紧密。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中的化学气相沉积在sic纤维表面制备界面所引起的不足等问题，本发明提供一种在sic纤维上原位生长b4c的方法。

2、根据本发明的在sic纤维上原位生长b4c的方法，其包括如下步骤：s1，提供sic纤维预制体；s2，将sic纤维预制体放入管式炉反应室，抽真空后通惰性气体作为载气，反应室内压力为2 kpa~4 kpa，升温至1100℃~1200℃并保温0.5 h~1 h；s3，关闭载气，向反应室内通入bcl3使其裂解释放出b，向反应室内通入h2刻蚀sic纤维预制体表面提供si原子空位，在1 kpa~3 kpa下反应，b填充si原子空位原位生长b4c，其中，bcl3和h2的流量比为1：（1~2）；以及s4，反应结束后的纤维预制体在1100℃~1300℃下稳定化处理10 min~30 min，得到带有b4c涂层的sic纤维，b4c涂层与sic纤维之间的结合强度介于50 mpa~75 mpa之间。

3、在一个实施例中，b4c涂层与sic纤维之间的结合强度为62.38mpa。相对于常规的化学气相沉积的结合强度30.24mpa，本发明的纤维和基体的结合强度得到明显的提高。

4、在优选的实施例中，sic纤维预制体为sic纤维束、sic纤维布、sic纤维二维叠层、sic纤维二维缝合预制体、sic纤维3d编织预制体、或sic纤维2.5d 编织预制体。

5、在优选的实施例中，步骤s1包括对sic纤维预制体进行脱胶处理。具体地，将固定好的sic纤维预制体放入真空碳管炉，抽真空后进行脱胶处理，处理温度为1100℃~1300℃，炉内真空保温处理1h~3h。在一个优选的实施例中，处理温度为1200℃，处理时间为2h。应该理解，脱胶处理可以去除sic纤维预制体中的有机粘结剂（通常称为“胶”），同时避免损坏纤维本身。

6、在优选的实施例中，惰性气体为氩气（ar）。

7、在优选的实施例中，步骤s2的真空状态的真空度为10pa以下。更优选地，真空度为5pa以下。

8、在优选的实施例中，步骤s2的升温速率包括：500℃以下升温速率为9℃/min~11℃/min，500℃~1000℃升温速率为4℃/min~6℃/min，1000℃以上升温速率为2℃/min~4℃/min。在一个优选的实施例中，步骤s2的升温速率包括：500℃以下升温速率为10℃/min，500℃~1000℃升温速率为5℃/min，1000℃以上为3℃/min。

9、在优选的实施例中，步骤s3的反应时间为10min~30min。

10、在一个优选的实施例中，步骤s4的稳定化处理的温度为1200℃，时间为20 min。

11、在优选的实施例中，步骤s4的b4c涂层的厚度为10nm~200nm。

12、根据本发明的在sic纤维上原位生长b4c的方法，通过h2刻蚀sic纤维预制体表面提供si原子空位，通入h2的流量是bcl3的流量的1~2倍，确保提供刻蚀的进行和预留足够的空位，从而在sic纤维表面原位生长均匀的b4c界面，纤维内部残余碳含量下降且提高结合强度，避免了沉积时由于内外气体流速不同而导致的均匀性差异，得到的b4c涂层不需要转移，也不容易分解，为高结晶涂层。总之，根据本发明的在sic纤维上原位生长b4c的方法，一方面使得纤维与涂层的结合强度远高于传统的化学气相沉积方式，在后续使用中不易脱落，另一方面避免了传统热压烧结方式的过高温度（t＞2000℃）对纤维造成的损伤。

技术特征：

1.一种在sic纤维上原位生长b4c的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，sic纤维预制体为sic纤维束、sic纤维布、sic纤维二维叠层、sic纤维二维缝合预制体、sic纤维3d编织预制体、或sic纤维2.5d 编织预制体。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1包括对sic纤维预制体进行脱胶处理。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，惰性气体为氩气。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2的升温速率包括：500℃以下升温速率为9℃/min~11℃/min，500℃~1000℃升温速率为4℃/min~6℃/min，1000℃以上升温速率为2℃/min~4℃/min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3的反应时间为10min~30min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s4的b4c涂层的厚度为10nm~200nm。

技术总结
本发明涉及一种在SiC纤维上原位生长B<subgt;4</subgt;C的方法，其包括提供SiC纤维预制体；将SiC纤维预制体放入管式炉反应室，抽真空后通惰性气体作为载气；关闭载气，向反应室内通入BCl<subgt;3</subgt;使其裂解释放出B，向反应室内通入H<subgt;2</subgt;刻蚀SiC纤维预制体表面提供Si原子空位，在1 KPa~3 KPa下反应，B填充Si原子空位原位生长B<subgt;4</subgt;C，BCl<subgt;3</subgt;和H<subgt;2</subgt;的流量比为1：（1~2）；稳定化处理得到带有B<subgt;4</subgt;C涂层的SiC纤维，B<subgt;4</subgt;C涂层与SiC纤维之间的结合强度介于50 MPa~75 MPa之间。根据本发明的在SiC纤维上原位生长B<subgt;4</subgt;C的方法，在SiC纤维表面原位生长均匀的B<subgt;4</subgt;C界面，纤维内部残余碳含量下降且提高结合强度。

技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名
受保护的技术使用者：上海瑞华晟新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/29