专利名称：一种提高碳/碳复合材料与自身连接性能的方法C/C复合材料具有高比強度、高温性能好等特点，是理想的高温热结构材料。但由于该材料的气化温度超过3000° C，故不能采用传统的熔化方法进行焊接；此外，由于机械连接需要在该材料上打孔，不可避免会对该材料的微观结构造成破坏，同时螺栓和孔洞等边角位置容易发生应力集中现象，这会导致构件整体强度变低。故C/C复合材料的连接通常需要引入中间连接层，降低连接温度。然而，中间连接层本身力学性能及界面结合是限制C/C复合材料与其自身连接性能的主要问题。又献“The reinforcing mecnanism of caroon iioer in composite adnesivefor bonding carbon/carbon composites, Yunfeng Zhang,Ruiying Luo,JiangsongZhang, Qiao Xiang, Journal of Materials Processing Technology211 (2011) 167 173，，公开了ー种采用料浆法、热压法以及热处理相结合的三步技术在C/C复合材料之间制备出碳纤维增强的复合粘胶剂连接层，该技术可通过调整碳纤维的含量实现对连接层的最佳增强效果，但由于碳纤维在连接层中易团聚，分散不均匀，使增强效果受限；此外，掺杂的碳纤维只能单方面的提高连接层自身的力学性能，而在改善连接层与C/C基体之间的界面结合方面所起效果甚微，因此大大限制了 C/C复合材料与其自身的连接性能，如当碳纤维体积含量为6%时获得的剪切強度最高仅为11.38MPa。
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出ー种提高碳/碳复合材料与自身连接性能的方法，克服现技术制备的连接层与C/C之间的界面结合差以及在连接层中引入的增强相分散性差等因素，提高C/C与其自身之间的连接性能。技术方案—种提高碳/碳复合材料与自身连接性能的方法，其特征在于步骤如下:步骤1:将C/C复合材料清洗后，放入烘箱中烘干；步骤2:将质量百分比为70 85%的Si粉，5 15%的SiC粉，7 15%的C粉和3 10%的Al2O3粉，置于聚四氟こ烯球磨罐中，球磨混合处理2 4h得到混合的粉料；步骤3:将粉料覆盖 入石墨坩埚中，再放入烘干的C/C复合材料，再在C/C复合材料上覆盖粉料；步骤4:将石墨坩埚放入高温反应烧结炉中，以5 10° C/min升温速度将炉温从室温升至2000 2200° C，保温I 3h ;随后关闭电源自然冷却至室温，全程Ar气保护，得到硅基陶瓷改性的C/C复合材料；步骤5:采用石墨纸包裹步骤4制备的硅基陶瓷改性的C/C复合材料，放入高温反应烧结炉中，以5 10° C/min升温速度将炉温从室温升至1400 1600° C，保温I 3h;关闭电源自然冷却至室温，全程Ar气保护，得到表面带有SiC纳米线多孔层的硅基陶瓷改性的C/C复合材料；步骤6:将质量百分比为10 20%的MgO粉，20 30%的Al2O3粉，45 55%的SiO2粉，I 5%的BaO粉，I 5%的B2O3粉，I 5%的TiO2粉和I 5%的SbO3粉置于聚四氟こ烯球磨罐中，混合球磨2 4h后，装入氧化铝坩埚中置于1550 1650°C氧化炉中保温2 4h，取出水淬，得到镁铝硅MAS玻璃块；再将得到的MAS玻璃块破碎并置于聚四氟こ烯球磨罐中球磨8 12h后,过筛得到粒度为300目的镁招娃粉末；步骤7:将镁铝硅粉末与酒精混合形成镁铝硅料浆，将镁铝硅料浆平铺于两层带有SiC纳米线多孔层的硅基陶瓷改性的C/C复合材料之间，再置于热压模具中，并置于真空热压炉中；步骤8:以5 15°C/min升温速度将炉温从室温升至1100 1300°C后，保温20 40min并加载5 7KPa压カ，卸压后关闭电源自然冷却至室温，得到采用陶瓷连接层连接的C/C复合材料。所述的Si粉的纯度为99.5%、粒度为300目。所述的C粉的纯度为99%，粒度为320目。所述的SiC粉的纯度 为98.5%、粒度为300目。所述的SiO2粉、Al2O3粉、MgO粉、BaO粉、B2O3粉、TiO2粉或SbO3粉的纯度均为分析纯、粒度为300目。有益效果本发明提出的ー种提高碳/碳复合材料与自身连接性能的方法，在C/C复合材料与其自身之间原位合成SiC纳米线增强陶瓷连接层的方法，利用纳米线的拔出桥连增强作用以及界面钉扎效应，实现C/C复合材料与其自身连接性能的提高。本发明的有益效果:通过在C/C复合材料与其自身之间原位合成SiC纳米线增强陶瓷连接层，克服了背景技术中在连接层中引入的增强相易团聚、分散性差以及连接层与C/C之间的界面结合差等难题，制备的陶瓷连接层可显著地提高C/C复合材料与其自身连接性能。与背景技术相比，其剪切強度可提高到14.09 15.1MPa0图1是本发明实施例2所制备的硅基陶瓷改性的C/C复合材料表面SiC纳米线多孔层SEM图片；图2是本发明实施例2所制备的陶瓷连接层的截面SEM图片；图3是本发明实施例2所制备的采用陶瓷连接层连接的C/C复合材料在剪切试验过程中的载荷-位移曲线图；图4是本发明实施例2所制备的陶瓷连接层的剪切断面SEM图片。现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:实施例1:将C/C复合材料用无水乙醇洗涤干净后，于烘箱中烘干备用。分别称取75g的Si粉，15g的SiC粉，15g的C粉，IOg的Al2O3粉。置于聚四氟乙烯球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入球磨罐中，在行星式球磨机上进行球磨混合处理2h，得到混合粉料。将反应烧结粉料的1/2放入石墨坩埚，放入制备好的C/C复合材料，再放入1/2的反应烧结粉料，使粉料均匀地包覆C/C复合材料，然后将石墨坩埚放入高温反应烧结炉中，之后将炉温升至2200° C，升温速率为10° C/min，然后保温lh，随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通Ar保护，随后取出坩埚，清理粉料，得到表面被硅基陶瓷改性的C/C复合材料。将得到的硅基陶瓷改性的C/C复合材料用石墨纸包裹后，放入高温反应烧结炉中，之后将炉温升至1400° C，升温速率为5° C/min，然后保温3h，随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通Ar保护，随后取出硅基陶瓷改性的C/C复合材料，清理表面的石墨纸，得到表面带有SiC纳米线多孔层的硅基陶瓷改性的C/C复合材料。分别称取分别称取IOg的MgO粉，24.5g的Al2O3粉，55g的SiO2粉，3g的BaO粉，
2.5g的B2O3粉，5g的TiO2粉和0.5g的SbO3粉，置于聚四氟乙烯球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入球磨罐中，在行星式球磨机上进行球磨混合处理2h，取出后将粉料再装入氧化铝坩埚并置于1550° C氧化炉中，保温2h后取出直接投入干净的冷水中。待坩埚里的玻璃充分冷却后取出玻璃块，砸碎置于聚四氟乙烯球磨罐中球磨8h后过300目粉料筛得到MAS粉料备用。

取MAS粉料lg，酒精2ml于烧杯中混合得到MAS料浆，将此料浆全部平铺于带有SiC纳米线多孔层的硅基陶瓷改性的C/C复合材料表面，再将另一个带有SiC纳米线多孔层的硅基陶瓷改性的C/C复合材料平放于在其上面，之后放入热压模具中。将热压模具放入真空热压炉中，抽真空到-0.1MPa以内，再以5° C/min升温到1100° C，施加5KPa的压力，保温保压20min后断电自冷却至室温，得到采用陶瓷连接层连接的C/C复合材料。试验结果表明，其剪切强度高达14.09MPa。实施例2:将C/C复合材料用无水乙醇洗涤干净后，于烘箱中烘干备用。分别称取78g的Si粉，IOg的SiC粉，Ilg的C粉，6g的Al2O3粉。置于聚四氟乙烯球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入球磨罐中，在行星式球磨机上进行球磨混合处理3h，得到反应烧结粉料。将反应烧结粉料的1/2放入石墨坩埚，放入制备好的C/C复合材料，再放入1/2的反应烧结粉料，使粉料均匀地包覆C/C复合材料，然后将石墨坩埚放入高温反应烧结炉中，之后将炉温升至2100° C，升温速率为7° C/min，然后保温2h，随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通Ar保护，随后取出坩埚，清理粉料，得到表面被硅基陶瓷改性的C/C复合材料。将得到的硅基陶瓷改性的C/C复合材料用石墨纸包裹后，放入高温反应烧结炉中，之后将炉温升至1500° C，升温速率为7° C/min，然后保温2h，随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通Ar保护，随后取出硅基陶瓷改性的C/C复合材料，清理表面的石墨纸，得到表面带有SiC纳米线多孔层的硅基陶瓷改性的C/C复合材料。分别称取 14.5g 的 MgO 粉，24g 的 Al2O3 粉，51g 的 SiO2 粉，3g 的 BaO 粉，2.5g 的 B2O3粉，5g的TiO2粉和0.5g的SbO3粉，置于聚四氟乙烯球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入球磨罐中，在行星式球磨机上进行球磨混合处理3h，取出后将粉料再装入氧化铝坩埚并置于1600° C氧化炉中，保温3h后取出直接投入干净的冷水中，待坩埚里的玻璃充分冷却后取出玻璃块，砸碎置于聚四氟乙烯球磨罐中球磨IOh后过300目粉料筛得到MAS粉料备用。取MAS粉料lg，酒精2ml于烧杯中混合得到MAS料浆，将此料浆全部平铺于带有SiC纳米线多孔层的硅基陶瓷改性的C/C复合材料表面，再将另一个带有SiC纳米线多孔层的硅基陶瓷改性的C/C复合材料平放于在其上面，之后放入热压模具中。将热压模具放入真空 热压炉中，抽真空到-0.1MPa以内，再以10° C/min升温到1200° C，施加6KPa的压力，保温保压30min后断电自冷却至室温，得到采用陶瓷连接层连接的C/C复合材料。试验结果表明，其剪切强度高达15.1MPa0由图1可见，原位合成的SiC纳米线多孔层主要由自由取向、无规则分布的SiC纳米线组成，并且均匀分布硅基陶瓷表面。由图2可见，制备的陶瓷连接层主要是由硅基陶瓷连接层和MAS玻璃陶瓷连接层组成，且制备的连接层中存在明显的孔洞和裂纹等缺陷。由图3可见，在剪切试验过程中，陶瓷连接层的断裂为典型的脆性断裂。由图4可见，陶瓷连接层的断面有大量的拔出和脱粘的SiC纳米线，说明纳米线在提高C/C复合材料与其自身连接性能方面起到了至关重要的作用。实施例3将C/C复合材料用无水乙醇洗涤干净后，于烘箱中烘干备用。分别称取78g的Si粉，IOg的SiC粉，Ilg的C粉，6g的Al2O3粉。置于聚四氟乙烯球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入球磨罐中，在行星式球磨机上进行球磨混合处理3h，得到反应烧结粉料。将反应烧结粉料的1/2放入石墨坩埚，放入制备好的C/C复合材料，再放入1/2的反应烧结粉料，使粉料均匀地包覆C/C复合材料，然后将石墨坩埚放入高温反应烧结炉中，之后将炉温升至2000° C，升温速率为5° C/min，然后保温2h，随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通Ar保护，随后取出坩埚，清理粉料，得到表面被硅基陶瓷改性的C/C复合材料。将得到的硅基陶瓷改性的C/C复合材料用石墨纸包裹后，放入高温反应烧结炉中，之后将炉温升至1600° C，升温速率为10° C/min，然后保温lh，随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通Ar保护，随后取出硅基陶瓷改性的C/C复合材料，清理表面的石墨纸，得到表面带有SiC纳米线多孔层的硅基陶瓷改性的C/C复合材料。分别称取20g 的 MgO 粉，20g 的 Al2O3 粉，49.5g 的 SiO2 粉，3g 的 BaO 粉，2.5g 的 B2O3粉，5g的TiO2粉和0.5g的SbO3粉，置于聚四氟乙烯球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入球磨罐中，在行星式球磨机上进行球磨混合处理4h，取出后将粉料再装入氧化铝坩埚并置于1650° C氧化炉中，保温4h后取出直接投入干净的冷水中。待坩埚里的玻璃充分冷却后取出玻璃块，砸碎置于聚四氟乙烯球磨罐中球磨12h后过300目粉料筛得到MAS粉料备用。
取MAS粉料lg，酒精2ml于烧杯中混合得到MAS料浆，将此料浆全部平铺于带有SiC纳米线多孔层的硅基陶瓷改性的C/C复合材料表面，再将另一个带有SiC纳米线多孔层的硅基陶瓷改性的C/C复合材料平放于在其上面，之后放入热压模具中。将热压模具放入真空热压炉中，抽真空到-0.1MPa以内，再以15°C /min升温到1300°C，加载7KPa压力，保温保压40min后断电自冷却至室温，得到采用陶瓷连接层连接的C/C复合材料。试验结果 表明，其剪切强度高达14.6MPa。


本发明涉及一种提高碳/碳复合材料与自身连接性能的方法，在C/C复合材料与其自身之间原位合成SiC纳米线增强陶瓷连接层的方法，利用纳米线的拔出桥连增强作用以及界面钉扎效应，实现C/C复合材料与其自身连接性能的提高。本发明的有益效果通过在C/C复合材料与其自身之间原位合成SiC纳米线增强陶瓷连接层，克服了背景技术中在连接层中引入的增强相易团聚、分散性差以及连接层与C/C之间的界面结合差等难题，制备的陶瓷连接层可显著地提高C/C复合材料与其自身连接性能。与背景技术相比，其剪切强度可提高到14.09～15.1MPa。