一种SiC陶瓷基复合材料损伤缺陷的快速修复方法

本发明涉及一种复合材料修复领域，尤其是涉及一种sic陶瓷基复合材料损伤缺陷的快速修复方法。

背景技术：

0、技术背景

1、sic陶瓷基复合材料性能优越，是实现航空发动机减重增效的先进材料。sic陶瓷基复合材料是以sic陶瓷为基体与c或sic纤维复合的一类复合材料，具有类金属断裂韧性，对裂纹不敏感、没有灾难性损毁，它在保持传统陶瓷材料耐高温、高强度、高刚度、密度低和抗腐蚀等优良性能的同时，克服了其脆性大的致命弱点，提高了其韧性和可靠性。sic陶瓷基复合材料较镍基高温合金具有耐高温、密度低、优异的高温抗氧化性能等突出优势，被视为下一代航空发动机战略性热结构材料，更是未来发动机的核心技术之一。sic陶瓷基复合材料主要用于制造发动机的涡轮叶片和燃烧室等部件，这些热结构部件经历多次低、中、高温反复热震，并且暴露于全温度段燃气气氛中，服役环境恶劣，材料氧化、烧蚀现象严重，裂纹、分层和掉块损伤在复合材料各种损伤破坏中所占比例达到50％以上。sic陶瓷基复合材料制备周期长、成本高。局部红外加热法是一种装置简便，烧结温度低，烧结速度快，保温时间短，低成本的陶瓷制备方法，能够在短时间内制备陶瓷基复合材料，局部红外加热法已成为陶瓷修复的主要修复方法。专利cn202110752716.7涉及一种用于碳化硅陶瓷基复合材料表层损伤的修复剂及修复方法。采用了合理比例的固态聚碳硅烷、二甲苯、碳化锆粉、碳化硅粉和碳化硅晶须，形成了粘度适中的修复剂，通过先驱体浸渍裂解法修复陶瓷基复合材料。专利cn201410389924.5涉及一种连续纤维增韧陶瓷基复合材料修复方法。采用预浸布分解后涂覆碳化硼、氮化硅纳米粉浆料,进入到纤维束之间的大间隙，利用化学气相浸渍法制备sic，致密复合材料间隙。专利cn202310111944.5涉及一种中小型sic/sic复合材料局部损伤和微裂纹的修补方法。将固态聚碳硅烷和液态聚碳硅烷混合形成前驱体混合浆料，样品置于混合浆料中进行超声波浸渍，通过固化-高温裂解修补陶瓷基复合材料。以上专利对sic陶瓷基复合材料进行整体加热造成母材二次损伤，导致复合材料性能降低。本专利通过局部红外加热技术可以降低母材二次损伤，该制备方法制备效率高，成本低，在未来sic陶瓷基复合材料修复方面具有巨大潜力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种sic陶瓷基复合材料损伤缺陷的快速修复方法，采用局部红外加热技术修复sic陶瓷基复合材料损伤缺陷问题，复合材料缺陷修复后致密度高，母材与修复区材料结合紧密，母材二次损伤小，修复效率高。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种sic陶瓷基复合材料损伤缺陷的快速修复方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

3、步骤(1)、将质量分数为40-60wt.％的酚醛树脂溶于乙醇溶液中配置酚醛树脂浆料，利用浆料涂刷法将酚醛树脂浆料涂刷在sic陶瓷基复合材料表面；涂刷后的sic陶瓷基复合材料置于真空干燥箱中固化，固化温度为120-180℃，固化时间为3-6h；将固化后的sic陶瓷基复合材料置于管式炉中热解，热解温度为600-800℃，热解时间为30-60min，在sic陶瓷基复合材料表面制备一层碳膜；

4、步骤(2)、制备混合粉体，混合粉体中各组成成分质量分数为：85-90wt.％的0.5-5μm粒径的sic粉体、5-10wt.％的5-10μm粒径的mosi2粉体、2-3wt.％的sic纳米线催化剂和2-3wt.％的陶瓷粉体分散剂；将40-60wt.％的混合粉体溶于去离子水中，在行星球磨机中以140-200r/min转速球磨16-24h，制备陶瓷悬浮浆料；将sic陶瓷基复合材料浸渍在陶瓷悬浮浆料中，真空浸渍30-60min，1-3mpa压力下加压浸渍3-6h，浸渍后将sic陶瓷基复合材料置于真空干燥箱中真空干燥，温度为80-120℃，时间为2-3h；将sic陶瓷基复合材料置于局部红外加热炉中烧结缺陷区域混合粉体，通入氩气保护，加热温度为1800-2100℃，加热时间为2-3min，在sic陶瓷基复合材料缺陷中制得sic骨架；

5、步骤(3)、将三氯甲基硅烷，氢气和氩气通入局部红外加热炉，三氯甲基硅烷流量为10-15ml/min，氢气和氩气流量均为100-150ml/min，局部红外加热速率为800-1000℃/min，加热温度为1100-1500℃，时间为5-10min，在sic陶瓷基复合材料缺陷中制得sic纳米线三维空间网络；

6、步骤(4)、关闭局部红外加热炉的氢气和三氯甲基硅烷气路，继续通入氩气，利用氩气清除残余的氢气和三氯甲基硅烷，随后通入丙烯，以丙烯为碳源，在sic骨架和三维sic纳米线表面制备pyc界面，丙烯气体流量为40-80ml/min，氩气气体流量为100-200ml/min，热处理温度为800-1000℃，热处理时间为10-15min；

7、步骤(5)、20-40wt.％的50-150nm粒径的sic粉体分散于聚合物前驱体溶液中，sic陶瓷基复合材料置于含有振动台的聚合物前驱体溶液浸渍罐中，真空浸渍1-2h，1-3mpa压力下加压浸渍2-3h，振动台的振动频率为100-500hz，最大振幅为5-10mm；将浸渍后的复合材料置于真空烘箱中固化，固化温度为120-220℃，固化时间为3-5h；固化后的复合材料置于局部红外加热炉中热解，热解温度为1100-1300℃，热解时间为2-4h，最终修复sic陶瓷基复合材料缺陷。进一步的，所述步骤(1)中所述的sic陶瓷基复合材料为c/sic复合材料和sic/sic复合材料中的一种。

8、进一步的，所述步骤(2)中所述的sic纳米线催化剂为金属铁、金属镍、硝酸铁、硝酸镍和二茂铁中的一种。

9、进一步的，所述步骤(2)中所述的分散剂为阿拉伯树脂、三聚磷酸钠、聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠和柠檬酸钠中的一种。

10、进一步的，所述步骤(2)中所述的sic陶瓷基复合材料缺陷为sic陶瓷基复合材料裂纹、分层和掉块中的一种。

11、进一步的，所述步骤(5)中所述的聚合物前驱体溶液为聚硅烷、聚碳硅烷、聚硅氮烷和聚硅氧烷中的一种。

12、有益效果

13、(1)本发明将sic陶瓷基复合材料置于局部红外加热炉中制备的sic骨架不但可以填充缺陷区域，提高复合材料修复区域致密度，进而提高复合材料性能；陶瓷基复合材料损伤的尺寸较大，毛细管力较小，不利于聚合物前驱体溶液浸渍，利用局部红外加热法制备sic骨架，减小损伤区域尺寸，毛细管力变大，有利于后续聚合物前驱体溶液浸渍-固化-热解生成陶瓷基体。

14、(2)本发明采用局部红外加热炉制备pyc界面，pyc界面可以避免sic纳米线在后续复合基体时聚合物前驱体对于sic纳米线的损伤；pyc界面沉积在sic纳米线和sic骨架表面，促进裂纹偏转，消耗断裂能，提高修复后sic陶瓷基复合材料性能。

15、(3)本发明采用局部红外加热法制备sic骨架、sic纳米线增强相、pyc界面和陶瓷基体，局部红外加热法制备效率高，降低母材二次损伤，修复区域致密度高，力学性能优异。

16、本专利通过局部红外加热技术可以降低母材二次损伤，该制备方法制备效率高，成本低，在未来sic陶瓷基复合材料修复方面具有巨大潜力。