CN104609863B - 外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维，包括碳化硅纤维基体和在基体上沉积的SiBCN涂层，SiBCN涂层与碳化硅纤维基体通过机械咬合及化学键合方式结合，SiBCN涂层是以硼吖嗪和液态聚碳硅烷为原料通过化学气相沉积工艺制备得到；具体制备方法包括：先将碳化硅纤维基体材料超声清洗，再进行高温预处理后放入沉积炉内；置换沉积炉内的空气；在设定的真空度和温度下预热；然后导入载气和稀释气，将其带入沉积炉炉膛内；一段时间后在碳化硅纤维基体材料表面形成SiBCN涂层。本发明产品的涂层均匀、致密、高温稳定性好，具有良好的工艺性，能使碳化硅纤维的抗氧化能力大幅度提高。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷基复合材料及其制备技术领域，尤其涉及一种外表沉积涂层的碳化硅纤维及其制备方法。
背景技术
SiC纤维是一种具有高比强度、高比模量、耐高温、抗氧化、耐化学腐蚀的多晶陶瓷纤维，可用作聚合物基、金属基及陶瓷基复合材料的高性能复合相。由其增强的SiCf/SiC高性能陶瓷基复合材料可用于航天飞机、高性能发动机等尖端领域，被称为21世纪航空、航天以及高新技术领域应用的新材料。SiCf/SiC复合材料的性能的发挥不仅取决于SiC纤维和SiC基体本身的性能，更重要的是二者之间的界面相。界面相对SiCf/SiC复合材料的性能起着决定性作用，如由原始的Niccalon-SiC纤维经化学气相浸渍(CVI)工艺制备的SiCf/SiC复合材料弯曲强度仅有85.0MPa，而纤维表面经碳涂层沉积后，SiCf/SiC复合材料界面得到明显改善，弯曲强度可提高到420.0MPa。合适的界面相可以保护纤维，使纤维在复合材料制备过程中损伤降低；更重要的是，界面相保护纤维免受工艺和使用过程中的腐蚀、氧化、界面化学反应及机械损伤，显著改善复合材料的力学性能。
目前常应用于SiCf/SiC复合材料中的界面相涂层主要有热解碳(PyC)涂层、氮化硼(BN)涂层以及复合界面相涂层等，但是由于PyC涂层高温抗氧化能力较差；BN的高温下易被氧化成B2O3；复合界面相涂层制备工艺复杂，多次高温制备过程也会加剧对纤维的损伤，均不利于SiCf/SiC复合材料的应用。SiBCN涂层具有良好的高温稳定性、抗氧化性以及合适的机械强度，并与多种无机纤维增强体、陶瓷基体具有良好的化学相容性，在氩气保护下加热至2200℃时失重小于3％，低于1700℃时无热失重和分相，2000℃时才有结晶转变为SiC和Si3N4及少量的非晶BN。研究表明，其抗氧化性能优于Si3N4、SiC。这些优点使其成为一种极具发展潜力的复合材料中的界面相涂层材料。
迄今为止，发展的SiBCN陶瓷制备方法主要有：聚合物转化、反应磁控溅射、机械化合金结合热压烧结三种。化学气相沉积(CVD)也是一种制备SiBCN陶瓷的方法，CVD工艺制备的涂层连续性、均匀性好，是在纤维表面制备界面相涂层的最佳选择，但国内外在该方面的研究较少。JohannesWilden等采用环硼氮烷与三甲基甲硅烷基氨基硅烷或六甲基硅氮烷为原料，经过热缩聚反应制备出了环硼氮烷/硅氮烷的共聚物；Riedel等人采用甲基乙烯基氯硅烷和各种硼烷为原料，在单束碳纤维上沉积SiBCN陶瓷，沉积厚度为1μm～5μm，提高了碳纤维的抗氧化能力；DirkHegemann等以[(CH3)2N]3Si-NH-B[N(CH3)2]2(简称TDADB)为先驱体气源，采用等离子辅助化学气相沉积法(PACVD)在250℃沉积出SiBC2.8N薄膜；C.H.Ko等采用热化学气相沉积法在550℃沉积了SiBCN薄膜，其介电常数为5.2，但未给出先驱体气源体系。2013年，西北工业大学刘永胜等人采用三甲基三氯硅烷(SiCH3Cl3)为硅源和碳源，BCl3为硼源，NH3为氮源，H2作为载气和稀释气，化学气相沉积法(CVD)沉积了SiBCN非晶陶瓷(参见申请号201310178800.8号的中国专利)。但上述SiBCN涂层的制备中，采用二类或二类以上沉积气源，工艺较复杂，且大部分沉积反应过程中产生腐蚀性的副产物，对沉积基底材料和设备产生不处影响，并不适用于产业化制备SiBCN。因此，寻找合适的SiBCN先驱体显得尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种涂层均匀、致密、高温稳定性好、具有良好的工艺性、同时使抗氧化能力大幅度提高的外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维，还相应提供制备工艺简单、重复性好、设备要求低、适于工业化生产、且易于制备大尺寸复杂构件的碳化硅纤维的制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维，其特征在于，所述碳化硅纤维包括碳化硅纤维基体和在碳化硅纤维基体上沉积的SiBCN涂层，SiBCN涂层与碳化硅纤维基体通过机械咬合及化学键合方式结合，所述SiBCN涂层是以硼吖嗪和液态聚碳硅烷为原料通过化学气相沉积工艺制备得到。
上述的外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维，优选的，所述碳化硅纤维基体包括碳化硅纤维单丝、碳化硅纤维束丝以及碳化硅纤维编织件中的至少一种，所述SiBCN涂层的厚度为100nm～450nm。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳化硅纤维基体材料置于有机溶剂中超声清洗；所述有机溶剂优选为无水乙醇、丙酮、二甲苯中的至少一种，超声清洗的时间优选控制为0.5h～1.0h；
(2)将超声清洗后的碳化硅纤维基体材料进行高温预处理后，放入沉积炉炉膛内；本发明用于制备涂层的沉积炉装置包括：化学气相沉积室(管式炉)、温度控制***、压强控制***、流量控制***、真空泵及气体导入和排出***等；
(3)对沉积炉炉膛抽真空，再充入氮气，反复进行多次，置换沉积炉炉膛内的空气；
(4)将沉积炉炉膛抽至设定真空度，然后升温至设定温度预热；
(5)待温度稳定后，导入载气和稀释气；控制硼吖嗪和液态聚碳硅烷挥发温度，维持反应***压强，通过质量流量计设定与载气混合比例后，将硼吖嗪和液态聚碳硅烷带入，通过稀释气稀释后带入沉积炉炉膛内；一段沉积时间后在碳化硅纤维基体材料表面形成SiBCN涂层；
(6)沉积结束后，停止导入载气及稀释气，关闭加热***，随炉冷却至室温，即得外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维。
上述的制备方法中，优选的，所述步骤(2)中的高温预处理是在空气环境下，所述高温处理的处理温度为400℃～500℃，高温预处理的时间为0.2h～0.5h。通过对SiC纤维进行短时间的高温预处理，可去除SiC纤维表层内的自由碳而不影响其力学性能，减小纤维表层自由碳的界面化学反应，从而对SiC纤维进行防护。
上述的制备方法中，优选的，所述步骤(3)中，对沉积炉炉膛抽真空至0.1Pa～1.0Pa，反复进行的次数至少为三次。优选的，所述步骤(4)中的设定真空度控制为0.1Pa～0.5Pa，所述设定温度为1000℃～1400℃，设定温度下的预热时间为1.5h～2.5h。本发明的原料硼吖嗪(BZ)和液态聚碳硅烷(LPCS)在前述温度下进行高温热解时会发生脱氢耦合反应形成B-N、Si-N、Si-N-B键，以及部分硼氢六元环会断键打开而形成更多活性基团；由于沉积炉炉膛内存在杂质元素，如空气中的N2、O2、CO2等均有可能与以上活性基团反应，产生其它杂质相、反应产物等，从而影响沉积SiBCN涂层品质。因此，对沉积炉炉膛进行严格的抽真空换气并保持优选的真空度条件，有利于提升SiC纤维表层沉积SiBCN产品的品质。
上述的制备方法中，优选的，所述步骤(5)中，所述载气为氢气，纯度大于或等于99.99％；所述硼吖嗪与载气的质量混合比为1∶2.5～3.2，载气流量为50.0ml/min～500.0ml/min；所述液态聚碳硅烷与载气的质量混合比为1∶1.5～2.2，载气流量为30.0ml/min～300.0ml/min。由于氢气为活性气体，使用高纯度的氢气作为载气，能够促进沉积炉炉膛内的元素反应，从而提高SiBCN陶瓷的产率。通过我们反复实验发现，先驱体浓度高，沉积速率快，尤其在沉积SiC纤维编织件时，载气进入编织件将因过快的反应沉积速率而形成浓度梯度，造成编织件外部与内部涂层的不均匀；反之，先驱体浓度低，沉积速率慢，因反应沉积速率快而造成涂层沉积不均匀的现象将减弱，但沉积时间明显增长。由于硼吖嗪和液态聚碳硅烷均为液体，我们通过控制硼吖嗪和液态聚碳硅烷与氢气的混合比例、气体流量，从而控制硼吖嗪和液态聚碳硅烷先驱体进入沉积炉炉膛内浓度；而前述硼吖嗪与载气的质量混合比、液态聚碳硅烷与载气的质量混合比及载气流量均为我们反复实验得出的较优值。
上述的制备方法中，优选的，所述步骤(5)中，硼吖嗪的挥发温度控制在-15℃～-5℃，液态聚碳硅烷的挥发温度控制在115℃～125℃，所述沉积时间为1.5h～4.0h。
上述的制备方法中，优选的，所述步骤(5)中，所述稀释气为氢气，纯度大于或等于99.99％；稀释气流量为400.0ml/min～600.0ml/min；反应***压强维持在300.0Pa～30000.0Pa。由于氢气为活性气体，使用高纯度的氢气作为稀释气，能够促进沉积炉炉膛内的元素反应，从而提高SiBCN陶瓷的产率。
本发明的上述技术方案特别基于以下思路：(1)本发明的化学气相沉积法分别采用硼吖嗪(BZ)和液态聚碳硅烷(LPCS)作为先驱体，其分别是CVD工艺制备BN、SiC涂层的优良先驱体；硼吖嗪和液态聚碳硅烷的挥发点分别在-10℃和120℃，且二者中的B-H、N-H和Si-H键在热解时会发生脱氢耦合反应形成B-N、Si-N、Si-N-B键，热解过程中有部分硼氢六元环会断键打开而形成更多活性基团，更加丰富了沉积产物中的键合方式，通过CVD工艺能形成短程结构为Si-(B、C、N)-Si四面体和硼氮六元环的SiBCN涂层。(2)SiBCN涂层具有良好的高温稳定性、抗氧化性以及合适的机械强度，并与多种无机纤维增强体、陶瓷基体具有良好的化学相容性。由于SiC纤维中均含有一定量的自由碳，在高温下会与界面相发生反应，使纤维强度降级；通过研究，使用氢气作为载气和稀释气，一方面可有效去除纤维表面自由碳，从而减少界面化学反应，达到保护纤维性能的目的；另一方面，氢气作为高活性气体，可促进反应炉膛内的活性基团反应，增加SiBCN的陶瓷产率。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明中首次提出使用硼吖嗪(BZ)和液态聚碳硅烷(LPCS)作为先驱体，采用化学气相沉积工艺制备SiBCN涂层，尤其是硼吖嗪在沉积SiBCN四元陶瓷涂层中同时作为硼源和氮源，液态聚碳硅烷同时作为硅源和碳源，这较目前化学气相法沉积SiBCN、BCN、BN、SiC、Si3N4等类似涂层中分别提供硼源、氮源、硅源和碳源的工艺有较大简化，气源控制过程更简便。此外，硼吖嗪作为先驱体气源相对于常用硼源(如卤化硼或硼烷等)更易控制其挥发过程。硼吖嗪和液态聚碳硅烷本身无腐蚀性，也不含腐蚀性的卤素元素，在沉积过程中不会形成腐蚀性的副产物，从而减小沉积工艺对基底材料、沉积设备的影响。
2.本发明的碳化硅纤维表面的SiBCN涂层是采用化学气相沉积法制备得到，制备的SiBCN涂层并非SiC、BN陶瓷材料的简单混合，是在化学气相沉积过程发生脱氢耦合反应形成B-N、Si-N、Si-N-B等键，形成短程结构为Si-(B、C、N)-Si四面体和硼氮六元环的SiBCN陶瓷；且涂层的高温稳定性好，可在1600℃的温度条件下长时间服役，使碳化硅纤维的抗氧化能力大幅度提高。
3.采用本发明的制备工艺可使SiBCN涂层均匀地沉积到SiC纤维编织件的表面、内部以及交织点，尤其是编织件内部的单根纤维表面均沉积有SiBCN涂层，涂层结构均匀、致密、表面光滑一致，高温稳定性好，具有良好的工艺性，同时使碳化硅纤维的抗氧化能力大幅度提高，使碳化硅纤维的高温环境适应性和耐受温度提高，延长其高温环境下的使用寿命。
4.本发明可以通过控制硼吖嗪和液态聚碳硅烷的温度，使其具有合适的挥发度，作为先驱体气源具有良好的工艺性。通过调节沉积温度、***压强、载气和稀释气的流量以及硼吖嗪与碳硅烷的比例，调控沉积产物的组成与结构，对涂层成份和厚度进行设计和制备，并且制备工艺简单、反应过程易控、重复性好、设备要求低，适用于工业化生产，易于制备大尺寸、复杂构件。
5.本发明通过外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维增强高温陶瓷基复合材料，涂层性能符合SiCf/SiC复合材料界面相的要求，有望解决其纤维-基体之间的界面化学反应，从而提高陶瓷基复合材料的高温性能，对碳化硅纤维在高温及超高温陶瓷基复合材料领域的应用有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维的扫描电镜图(高倍率)。
图2为本发明实施例1制备的外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维的扫描电镜图(较低倍率)。
图3为本发明实施例1制备的外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维不同倍率下的选区电子衍射图，其中左图右上角为透射电镜的选区示意图，光斑中未出现电子衍射条纹，说明沉积的SiBCN涂层为非晶态。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维，包括碳化硅纤维基体和在碳化硅纤维基体上沉积的SiBCN涂层，SiBCN涂层与碳化硅纤维基体通过机械咬合及化学键合方式结合，SiBCN涂层是以硼吖嗪和液态聚碳硅烷为原料通过化学气相沉积工艺制备得到。本实施例中碳化硅纤维基体为碳化硅纤维单丝，SiBCN涂层的厚度为450nm。
本实施例上述的外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳化硅纤维单丝置于有机溶剂丙酮中超声清洗，超声清洗的时间控制为0.5h；
(2)将超声清洗后的碳化硅纤维单丝置于空气中，在400℃温度下进行高温预处理0.2h，然后放入沉积炉炉膛内；用于制备涂层的沉积炉装置包括：化学气相沉积室(管式炉)、温度控制***、压强控制***、流量控制***、真空泵及气体导入和排出***等；
(3)对沉积炉炉膛抽真空至0.1Pa，再充入氮气，反复进行三次以上，置换沉积炉炉膛内的空气；
(4)将沉积炉炉膛抽至设定真空度0.1Pa，然后升温至设定温度1000℃预热，保温1.5h；
(5)待温度稳定后，导入纯度为99.99％的氢气作为载气和稀释气；设定硼吖嗪的挥发温度为-15℃，硼吖嗪与氢气的质量混合比为1∶2.5，载气流量为50.0ml/min；设定液态聚碳硅烷的挥发温度为115℃，聚碳硅烷与氢气的质量混合比为1∶1.5，载气流量为30.0ml/min；设定稀释气氢气流量为400.0ml/min，***压强维持在300.0Pa，将硼吖嗪和液态聚碳硅烷带入沉积炉炉膛内；沉积1.5h后在碳化硅纤维单丝材料表面形成SiBCN涂层；
(6)沉积结束后，停止导入载气及稀释气，关闭加热***，随炉冷却至室温，即得外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维。
通过扫描电镜观察，本实施例制备的SiBCN涂层厚度为450nm，如图1、图2所示，扫描电镜显示涂层均匀完整地包覆于SiC纤维周围表面，涂层与纤维表面结合紧密，无孔洞等缺陷。涂层厚度均匀，表面较为平整。
由图3所示碳化硅纤维表面涂层的透射电镜图可见，在该工艺条件下所得的SiC纤维表面的涂层为无定形态，结构稳定。
通过上述本实施例方法制得的含SiBCN涂层的SiC纤维与无涂层的SiC纤维的拉伸强度相比较，如表1所示，拉伸强度无明显降低，这表明该涂层对SiC纤维的拉伸强度无影响，是良好的纤维涂层。
表1：实施例1制备的外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维氧化后的拉伸强度
通过上述本实施例方法制得的SiBCN涂层的1600℃下保温1.5h，涂层未出现脱落、开裂和明显烧蚀等现象，达到了保护碳化硅纤维的目的。
实施例2：
一种本发明外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维，包括碳化硅纤维基体和在碳化硅纤维基体上沉积的SiBCN涂层，SiBCN涂层与碳化硅纤维基体通过机械咬合及化学键合方式结合，SiBCN涂层是以硼吖嗪和液态聚碳硅烷为原料通过化学气相沉积工艺制备得到。本实施例中碳化硅纤维基体为碳化硅纤维束丝，SiBCN涂层的厚度为350nm。
本实施例上述的外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳化硅纤维束丝置于有机溶剂丙酮中超声清洗，超声清洗的时间控制为0.5h；
(2)将超声清洗后的碳化硅纤维束丝置于空气中，在450℃温度下进行高温预处理0.4h，然后放入沉积炉炉膛内；用于制备涂层的沉积炉装置包括：化学气相沉积室(管式炉)、温度控制***、压强控制***、流量控制***、真空泵及气体导入和排出***等；
(3)对沉积炉炉膛抽真空至0.7Pa，再充入氮气，反复进行三次以上，置换沉积炉炉膛内的空气；
(4)将沉积炉炉膛抽至设定真空度0.3Pa，然后升温至设定温度1200℃预热，保温2.0h；
(5)待温度稳定后，导入纯度为99.999％的氢气作为载气和稀释气；设定硼吖嗪的挥发温度为-10℃，硼吖嗪与氢气的质量混合比为1∶2.8，载气流量为300.0ml/min；设定液态聚碳硅烷的挥发温度为120℃，聚碳硅烷与氢气的质量混合比为1∶1.8，载气流量为200.0ml/min；设定稀释气氢气流量为500.0ml/min，***压强维持在3000.0Pa，将硼吖嗪和液态聚碳硅烷带入沉积炉炉膛内；沉积2.5h后在碳化硅纤维束丝材料表面形成SiBCN涂层；
(6)沉积结束后，停止导入载气及稀释气，关闭加热***，随炉冷却至室温，即得外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维。
通过检测，本实施例制备的涂层厚度为350.0nm，通过上述方法制得的SiBCN涂层在1600℃下保温2.5h，涂层未出现脱落、开裂和明显烧蚀等现象，达到了保护碳化硅纤维的目的。
实施例3：
一种本发明外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维，包括碳化硅纤维基体和在碳化硅纤维基体上沉积的SiBCN涂层，SiBCN涂层与碳化硅纤维基体通过机械咬合及化学键合方式结合，SiBCN涂层是以硼吖嗪和液态聚碳硅烷为原料通过化学气相沉积工艺制备得到。本实施例中碳化硅纤维基体为碳化硅纤维编织件，SiBCN涂层的厚度为100nm。
本实施例上述的外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳化硅纤维编织件置于有机溶剂丙酮中超声清洗，超声清洗的时间控制为0.5h；
(2)将超声清洗后的碳化硅纤维编织件置于空气中，在500℃温度下进行高温预处理0.5h，然后放入沉积炉炉膛内；用于制备涂层的沉积炉装置包括：化学气相沉积室(管式炉)、温度控制***、压强控制***、流量控制***、真空泵及气体导入和排出***等；
(3)对沉积炉炉膛抽真空至1.0Pa，再充入氮气，反复进行三次以上，置换沉积炉炉膛内的空气；
(4)将沉积炉炉膛抽至设定真空度0.5Pa，然后升温至设定温度1400℃预热，保温2.5h；
(5)待温度稳定后，导入纯度为99.99％的氢气作为载气和稀释气；设定硼吖嗪的挥发温度为-5℃，硼吖嗪与氢气的质量混合比为1∶3.2，载气流量为500.0ml/min；设定液态聚碳硅烷的挥发温度为125℃，聚碳硅烷与氢气的质量混合比为1∶2.2，载气流量为300.0ml/min；设定稀释气氢气流量为600.0ml/min，***压强维持在30000.0Pa，将硼吖嗪和液态聚碳硅烷带入沉积炉炉膛内；沉积4.0h后在碳化硅纤维编织件表面形成SiBCN涂层；
(6)沉积结束后，停止导入载气及稀释气，关闭加热***，随炉冷却至室温，即得外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维。
通过检测，本实施例制备的涂层厚度为100.0nm，通过上述方法制得的SiBCN涂层在1600℃下保温4.0h，涂层未出现脱落、开裂和明显烧蚀等现象，达到了保护碳化硅纤维的目的。
Claims (10)
1.一种外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维，其特征在于，所述碳化硅纤维包括碳化硅纤维基体和在碳化硅纤维基体上沉积的SiBCN涂层，SiBCN涂层与碳化硅纤维基体通过机械咬合及化学键合方式结合，所述SiBCN涂层是以硼吖嗪和液态聚碳硅烷为原料通过化学气相沉积工艺制备得到。
2.根据权利要求1所述的外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维，其特征在于，所述碳化硅纤维基体包括碳化硅纤维单丝、碳化硅纤维束丝以及碳化硅纤维编织件中的至少一种，所述SiBCN涂层的厚度为100nm～450nm。
3.一种如权利要求1所述外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将碳化硅纤维基体材料置于有机溶剂中超声清洗；
(2)将超声清洗后的碳化硅纤维基体材料进行高温预处理后，放入沉积炉炉膛内；
(3)对沉积炉炉膛抽真空，再充入氮气，反复进行多次，置换沉积炉炉膛内的空气；
(4)将沉积炉炉膛抽至设定真空度，然后升温至设定温度预热；
(5)待温度稳定后，导入载气和稀释气；控制硼吖嗪和液态聚碳硅烷挥发温度，维持反应***压强，通过质量流量计设定与载气混合比例后，将硼吖嗪和液态聚碳硅烷载入，通过稀释气稀释后带入沉积炉炉膛内；一段沉积时间后在碳化硅纤维基体材料表面形成SiBCN涂层；
(6)沉积结束后，停止导入载气及稀释气，关闭加热***，随炉冷却至室温，即得外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的高温预处理是在空气环境下，所述高温处理的处理温度为400℃～500℃，高温预处理的时间为0.2h～0.5h。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对沉积炉炉膛抽真空至0.1Pa～1.0Pa，反复进行的次数至少为三次。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的设定真空度控制为0.1Pa～0.5Pa，所述设定温度为1000℃～1400℃，设定温度下的预热时间为1.5h～2.5h。
7.根据权利要求3～6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述载气为氢气，纯度大于或等于99.99％。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述硼吖嗪与载气的质量混合比为1∶2.5～3.2，载气流量为50.0ml/min～500.0ml/min；所述液态聚碳硅烷与载气的质量混合比为1∶1.5～2.2，载气流量为30.0ml/min～300.0ml/min。
9.根据权利要求3～6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，硼吖嗪的挥发温度控制在-15℃～-5℃，液态聚碳硅烷的挥发温度控制在115℃～125℃，所述沉积时间为1.5h～4.0h。
10.根据权利要求3～6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述稀释气为氢气，纯度大于或等于99.99％；稀释气流量为400.0ml/min～600.0ml/min；反应***压强维持在300.0Pa～30000.0Pa。
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| CN201510018714.XA CN104609863B (zh) | 2015-01-14 | 2015-01-14 | 外表沉积SiBCN涂层的碳化硅纤维及其制备方法 |
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