一种表面反应沉积氮化硅层的碳纤维及其制备方

本发明属于碳材料表面反应沉积，具体涉及一种表面反应沉积氮化硅层的碳纤维及其制备方法。背景技术：1、军事领域电子战装备的升级以及对抗强度的提高使得对作战装备反隐、反侦察能力的要求大大提高，这使得对于具有高强度、高吸波能力的材料的需求更加迫切。碳纤维复合材料因其具有轻质、高强度、高温性能优良等多种优势，被广泛应用于航空航天等尖端领域。同时，碳纤维的高导电性使其对电磁波有着很强的电磁损耗能力，然而，碳纤维过高的阻抗匹配使得电磁波很难进入到碳纤维复合材料内部，因此，在碳纤维表面建立合适的阻抗匹配层使得电磁波更多的进入到碳纤维的内部是目前碳纤维复合材料吸波领域的研究重点。氮化硅陶瓷具有低阻抗匹配、耐高温等优异性能，被广泛于选用为吸波材料的透波相，改善材料的阻抗匹配。将氮化硅陶瓷应用到碳纤维复合材料的纤维表面，可以有效改善复合材料的阻抗匹配，保证碳纤维结构强度及高温性能的同时又增强了碳纤维的吸波性能，这为航空航天等领域吸波结构材料的选取提供了一种选择。2、文献1“g.logesh,u.sabu,c.srishilan,et al.tunable microwave absorptionperformance of carbon fiber-reinforced reaction bonded silicon nitridecomposites.ceramics international,2021,47:22540–22549.”报道了一种通过涂抹硅粉在碳纤维表面制备氮化硅层的方法。这种方法需要对硅粉进行提前造粒，并溶入无水乙醇涂刷在碳纤维表面，热处理过程中充入氮气反应生成氮化硅层。3、文献2“吕铁铮.一种在碳材料表面氧化并气相反应沉积氮化硅层的方法”中国:cn115404457 a,2022.”报道了一种通过气相反应在碳纤维表层制备氮化硅层的方法。这种方法通过一氧化硅在高温下挥发，挥发的一氧化硅与碳纤维反应对碳纤维表面进行氧化，提供附着位点，通入氮气与一氧化硅生成的氮化硅附着在碳纤维表面，形成氮化硅层。4、文献3“heng luo,yongqiang tan,yang l,et al.modeling for high-temperature dielectric behavior of multilayer cf/si3n4 composites in x-band.journal of the european ceramic society,2017,37:1961–1968.”报道了一种通过直接将碳纤维及氮化硅粉末直接混合制备氮化硅层的方法。这种方法通过直接将碳纤维及α-si3n4粉末混合，加入氧化铝、氧化钇作为助结剂，最终在碳纤维表面制备得到了氮化硅层5、但上述现有技术制备的氮化硅层存在以下两个问题，如若采用固相烧结的方法制备的氮化硅层很难进入碳纤维复合材料内部，大部分氮化硅层均集中在表层；而通过气相法制备的氮化硅层在实际制备过程中，作为气体源的粉末很容易结块，这会减缓甚至停止沉积反应的进行。技术实现思路1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种表面反应沉积氮化硅层的碳纤维及其制备方法，用以解决现有技术采用固相法制备存在的大部分氮化硅层均集中在表层难以进入碳纤维复合材料内部和采用气相法制备存在的气体源的粉末容易结块减缓甚至停止沉积反应的进行的技术问题。2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：3、本发明提供了一种表面反应沉积氮化硅层的碳纤维的制备方法，包括以下步骤：4、将一氧化硅和二氧化硅混合均匀，获得混合粉末；5、将混合粉末分为两部分，一部分均匀涂抹并完全覆盖碳纤维复合材料上表面，另一部分平铺于碳纤维复合材料的下方，获得具有混合粉末的碳纤维复合材料；6、将具有混合粉末的碳纤维复合材料在氮气环境下，通过固相结合气相的方法反应沉积氮化硅层，获得表面沉积氮化硅层的碳纤维。7、在具体实施过程中，所述一氧化硅和二氧化硅的质量比为(5～10):1。8、在具体实施过程中，所述碳纤维复合材料为碳毡或碳布。9、在具体实施过程中，所述碳毡为2.5d碳毡、3d碳毡和3.5d碳毡中的一种。10、在具体实施过程中，所述氮气的流量为0.6～0.8l/min。11、在具体实施过程中，所述固相结合气相的方法反应沉积氮化硅层的反应温度为1350～1400℃。12、在具体实施过程中，所述固相结合气相的方法反应沉积氮化硅层的保温时间为1～3h。13、在具体实施过程中，所述二氧化硅作为抗结剂和氮化硅层的原料。14、本发明还提供了一种表面反应沉积氮化硅层的碳纤维的制备方法制得的表面反应沉积氮化硅层的碳纤维，包括碳纤维和氮化硅层，所述氮化硅层沉积在碳纤维的表面。15、在具体实施过程中，所述氮化硅层的原料包括一氧化硅和二氧化硅，所述一氧化硅和二氧化硅的质量比为(5～10):1。16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：17、本发明提供了一种表面反应沉积氮化硅层的碳纤维的制备方法，通过将二氧化硅与一氧化硅混合制备粉料，将制备的粉料涂抹并放置在碳纤维复合材料底部，采用固相结合气相的方法在碳纤维表面制备氮化硅层。本发明的发明点在于，通过一氧化硅在高温下挥发，与碳纤维反应生成的氧气会氧化碳纤维表面生成大量的附着位点，大量的吸附位点使得氮气与一氧化硅反应生成的氮化硅稳定附着在碳纤维表面；同时，二氧化硅作为抗结剂，可以有效降低一氧化硅在挥发过程中结块，二氧化硅在高温下也会与碳纤维发生反应生成一氧化硅，加快了沉积反应的进行。技术特征：1.一种表面反应沉积氮化硅层的碳纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的表面反应沉积氮化硅层的碳纤维的制备方法，其特征在于，所述一氧化硅和二氧化硅的质量比为(5～10):1。3.根据权利要求1所述的表面反应沉积氮化硅层的碳纤维的制备方法，其特征在于，所述碳纤维复合材料为碳毡或碳布。4.根据权利要求3所述的表面反应沉积氮化硅层的碳纤维的制备方法，其特征在于，所述碳毡为2.5d碳毡、3d碳毡和3.5d碳毡中的一种。5.根据权利要求1所述的表面反应沉积氮化硅层的碳纤维的制备方法，其特征在于，所述氮气的流量为0.6～0.8l/min。6.根据权利要求1所述的表面反应沉积氮化硅层的碳纤维的制备方法，其特征在于，所述固相结合气相的方法反应沉积氮化硅层的反应温度为1350～1400℃。7.根据权利要求1所述的表面反应沉积氮化硅层的碳纤维的制备方法，其特征在于，所述固相结合气相的方法反应沉积氮化硅层的保温时间为1～3h。8.根据权利要求1所述的表面反应沉积氮化硅层的碳纤维的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅作为抗结剂和氮化硅层的原料。9.一种根据权利要求1至8任意一项所述的表面反应沉积氮化硅层的碳纤维的制备方法制得的表面反应沉积氮化硅层的碳纤维，其特征在于，包括碳纤维和氮化硅层，所述氮化硅层沉积在碳纤维的表面。10.根据权利要求9所述的碳纤维，其特征在于，所述氮化硅层的原料包括一氧化硅和二氧化硅，所述一氧化硅和二氧化硅的质量比为(5～10):1。技术总结本发明公开了一种表面反应沉积氮化硅层的碳纤维及其制备方法，属于碳材料表面反应沉积技术领域。制备方法如下：将一氧化硅和二氧化硅混合均匀，获得混合粉末；将混合粉末分为两部分，一部分均匀涂抹并完全覆盖碳纤维复合材料上表面，另一部分平铺于碳纤维复合材料的下方，获得具有混合粉末的碳纤维复合材料；将具有混合粉末的碳纤维复合材料在氮气环境下，通过固相结合气相的方法反应沉积氮化硅层，获得表面沉积氮化硅层的碳纤维。上述制备方法解决了解决现有技术采用固相法制备存在的大部分氮化硅层均集中在表层难以进入碳纤维复合材料内部和采用气相法制备存在的气体源的粉末容易结块减缓甚至停止沉积反应的进行的技术问题。技术研发人员：贾瑜军,于航,李贺军,李克智受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/26