一种连续碳纤维增韧WC陶瓷复合材料及其制备方法与流程

本发明属于复合材料，具体为一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、wc陶瓷由于其高硬度、高强度、高密度、高耐磨等优点，在航空航天、国防军工以及交通工具等领域得到广泛地应用。与其他陶瓷材料一样，wc陶瓷的断裂韧性比较小，容易发生脆性断裂，使其应用范围受到了限制。所以，如何在保证wc陶瓷一系列优点的前提下提高其断裂韧性，受到了各国研究者的广泛关注。提高wc陶瓷的断裂韧性有以下几种方法：颗粒增韧、孔隙增韧、晶须增韧，该几种增韧方式可使wc陶瓷内部的裂纹在扩散时发生偏转和分叉，能够在一定程度上增加其断裂韧性，但是断裂韧性提高的程度有限。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料及其制备方法，采用电泳沉积及放电等离子烧结/热压烧结法实现连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

3、一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法，包括如下步骤：

4、s1、将wc均匀分散于溶剂当中，得到wc悬浮液；

5、s2、将经过表面改性的连续碳纤维编织件固定于电泳设备电极处，通电后将wc均匀沉积于连续碳纤维编织件表面得到过程产物；

6、s3、将过程产物进行干燥，随后采用放电等离子烧结或热压烧结工艺获得连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料。

7、作为本发明所述的一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，wc悬浮液由wc粉末、溶剂、分散剂、消泡剂组成。

8、作为本发明所述的一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，wc悬浮液中的wc粉末粒径为40nm～400μm；溶剂为去离子水、无水乙醇；分散剂为聚乙烯吡咯酮、四甲基氢氧化铵；消泡剂为柠檬酸胺、聚乙烯亚胺。

9、作为本发明所述的一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，wc悬浮液中固体物质的含量为30～70wt％。

10、作为本发明所述的一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，wc悬浮液中溶剂、分散剂、消泡剂的质量比为(80.5～95.9):(20.9～3.1):(16.4～0.1)。

11、作为本发明所述的一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，连续碳纤维编织件为平纹布、斜纹布、无纬布、网胎布。

12、作为本发明所述的一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，连续碳纤维布表面改性的方法为采用激光工艺进行改性，激光功率为5～150w。

13、作为本发明所述的一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，电泳沉积的电流密度为10～200ma/cm2；电泳沉积时间为30～100min。

14、作为本发明所述的一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，电泳沉积后连续碳纤维编织件增重率为200～1200wt％。

15、作为本发明所述的一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，放电等离子烧结和热压烧结产物中连续碳纤维编织件密度为5～20层/cm。

16、作为本发明所述的一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，放电等离子烧结和热压烧结的温度为1300～2100℃，烧结时间为5～120min。

17、为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：

18、一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料，采用上述的连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法制备得到。

19、作为本发明所述的一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的优选方案，其中：所述连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的密度≥13.5g/cm3，硬度≥20.5gpa，弯曲强度≥1830mpa，断裂韧性≥19.5mpa·m1/2。

20、本发明的有益效果如下：

21、本发明提出一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法，将wc均匀分散于溶剂当中，得到wc悬浮液；将经过表面改性的连续碳纤维编织件固定于电泳设备电极处，通电后将wc均匀沉积于连续碳纤维编织件表面得到过程产物；将过程产物进行干燥，随后采用放电等离子烧结或热压烧结工艺获得连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料。本发明连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的密度≥13.5g/cm3，硬度≥20.5gpa，弯曲强度≥1830mpa，断裂韧性≥19.5mpa·m1/2。

技术特征：

1.一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，wc悬浮液由wc粉末、溶剂、分散剂、消泡剂组成；wc悬浮液中固体物质的含量为30～70wt％；wc悬浮液中溶剂、分散剂、消泡剂的质量比为(80.5～95.9):(20.9～3.1):(16.4～0.1)。

3.根据权利要求2所述的连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，wc悬浮液中的wc粉末粒径为40nm～400μm；溶剂为去离子水、无水乙醇；分散剂为聚乙烯吡咯酮、四甲基氢氧化铵；消泡剂为柠檬酸胺、聚乙烯亚胺。

4.根据权利要求1所述的连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，连续碳纤维编织件为平纹布、斜纹布、无纬布、网胎布。

5.根据权利要求1所述的连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，连续碳纤维布表面改性的方法为采用激光工艺进行改性，激光功率为5～150w。

6.根据权利要求1所述的连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，电泳沉积的电流密度为10～200ma/cm2；电泳沉积时间为30～100min；电泳沉积后连续碳纤维编织件增重率为200～1200wt％。

7.根据权利要求1所述的连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，放电等离子烧结和热压烧结产物中连续碳纤维编织件密度为5～20层/cm。

8.根据权利要求1所述的连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，放电等离子烧结和热压烧结的温度为1300～2100℃，烧结时间为5～120min。

9.一种连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的制备方法制备得到。

10.根据权利要求9所述的连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料，其特征在于，所述连续碳纤维增韧wc陶瓷复合材料的密度≥13.5g/cm3，硬度≥20.5gpa，弯曲强度≥1830mpa，断裂韧性≥19.5mpa·m1/2。

技术总结本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种连续碳纤维增韧WC陶瓷复合材料的制备方法，将WC均匀分散于溶剂当中，得到WC悬浮液；将经过表面改性的连续碳纤维编织件固定于电泳设备电极处，通电后将WC均匀沉积于连续碳纤维编织件表面得到过程产物；将过程产物进行干燥，随后采用放电等离子烧结或热压烧结工艺获得连续碳纤维增韧WC陶瓷复合材料。本发明连续碳纤维增韧WC陶瓷复合材料的密度≥13.5g/cm3，硬度≥20.5GPa，弯曲强度≥1830MPa，断裂韧性≥19.5MPa·m1/2。技术研发人员：胡庆,谢远武,甘真,钟志强,徐国钻,廖春发受保护的技术使用者：崇义章源钨业股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17