具有原位自增密效果的陶瓷基复合材料快速制备技术

陶瓷基复合材料具有其耐高温、高比强度以及高断裂韧性的特性。常见制备工艺主要有化学气相沉积法(CVI)、前驱体浸渍裂解法(PIP)和金属熔渗反应法(RMI)。CVI工艺通过气相小分子热解沉积实现材料致密化，但不适用厚壁样件;PIP工艺通过前驱体反复浸渍-裂解进行致密化，往往需要重复9-16轮，且前驱体利用率低(30wt%左右);CVI和PIP两种工艺周期长、成本高大大限制了其广泛应用。与前两者相比，RMI工艺制备周期相对较短，但高温金属熔体对纤维损伤程度大，显著影响材料的力学性能。

快速成型工艺方法一直是陶瓷基复合材料重点研究方向。一些国外项目快速制备工艺均使用了高温高压的烧结技术，这类烧结技术不仅依赖高昂的工艺设备，而且制备异形构件非常困难。

团队研发的ViSfP-TiCOP工艺中，制备C/SiBCN-M的新型工艺流程包括前驱体合成、纤维布叠层及最终的固化裂解。首先固态聚硅硼氮烷、液态乙烯基聚硅硼氮烷和无机填料以正己烷为溶剂进行共混，形成挥发份少(<3wt%)、高粘度(常温粘度106mPa·S)体系，该体系具备无机填料稳定负载能力;提出引入金属Ti作为自增密基元，实现新型前驱体表现出优异的化学稳定性和陶瓷产率(87wt%)。

这种前驱体具有良好的复合材料加工工艺适配性。不同于硬质的陶瓷基生坯片，新型SiBCN-M前驱体体系不仅具有低的引发温度(120C完全固化)，而且对金属模具拥有良好的贴模和适形特性。凭借这两个优点，以此前驱体为基础材料，采用传统树脂基复材工艺方法(如真空树脂膜熔渗RFI)，制备C/PBSZ复合材料。