本發明屬于連續纖維增強超高溫陶瓷基復合材料的制備技術，具體涉及一種sic/si-b-c-zr陶瓷基復合材料的制備方法。
背景技術：
隨著空天飛行器飛行馬赫數的逐漸提高，飛行器熱防護構件服役時將承受強氣動加熱和強氣動載荷沖擊。嚴苛的服役環境對材料提出了較高的要求，如低密度，優異的抗燒蝕性能、抗氧化性能、力學性能和高溫穩定性，低熱膨脹系數。
目前飛行器熱防護構件材料主要為碳纖維增強碳基復合材料(c/c復合材料)和碳纖維增強硅-硼-碳-鋯陶瓷基復合材料(c/si-b-c-zr復合材料)。c/c復合材料由于纖維與基體均由碳元素組成，抗氧化性能較差。c/si-b-c-zr復合材料目前多采用漿料浸漬裂解工藝制備，該工藝制備周期短、成本較低，但難以保證漿料之間的均勻彌散分布，進而影響復合材料基體結構和組分的一致性，漿料在浸漬過程中阻力較大，存在滲透瓶頸問題，不利于制備均相致密的復合材料，同時該工藝中采用的碳纖維抗氧化性能較差，在氧化氣氛中容易發生氧化分解反應，嚴重影響材料的高溫穩定性。
技術實現要素：
本發明的目的是針對現有技術中存在的不足，提供一種sic/si-b-c-zr陶瓷基復合材料的制備方法。
本發明的技術解決方案是：
1.碳化硅纖維預制體的制備：以連續碳化硅纖維為原料，通過編織制備出碳化硅纖維預制體，烘箱中100～120℃烘干不少于1小時；
2.界面層的制備：在烘干后的碳化硅纖維預制體上沉積熱解碳界面層，熱解碳源為丙烷，沉積溫度950～1050℃，沉積壓力為1～3kpa之間，丙烷流量為1～3l/min，界面層厚度0.2～0.6μm；
3.聚合物先驅體浸漬溶液的配置：以聚碳硅烷和硼化鋯先驅體為溶質，以二甲苯為溶劑，溶質占先驅體浸漬溶液重量百分比的40～60％，硼化鋯先驅體占溶質重量百分比的10～50％，制備聚合物先驅體浸漬溶液ⅰ；
4.碳化硅纖維預制體的定型：將碳化硅纖維預制體置入石墨模具內固定；
5.真空浸漬：將帶石墨模具的碳化硅纖維預制體置于真空浸漬設備中，用真空泵對真空浸漬設備抽真空，真空浸漬設備內腔壓力低于0.01mpa時，將聚合物先驅體浸漬溶液ⅰ通過不銹鋼管路引入真空浸漬設備內腔，最終石墨模具全部淹沒于聚合物先驅體浸漬溶液ⅰ，保壓10小時以上；
6.熱模壓：將經過浸漬的石墨模具的碳化硅纖維預制體置于真空熱壓機中，升溫速率5～10℃/min，模壓溫度200～220℃，模壓壓力1～4mpa，保壓時間不低于30min；
7.高溫裂解：將經過熱模壓的石墨模具的碳化硅纖維預制體放入高溫裂解爐中，抽真空至小于2kpa，以120℃/h～300℃/h的升溫速率從室溫加熱到1000～1300℃，保溫0.5～1小時；
8.致密化：重復上述5和7步驟3～4循環后，纖維預制體從石墨模具脫模；
9.聚合物先驅體浸漬溶液的配置：以聚碳硅烷和硼化鋯先驅體為溶質，以二甲苯為溶劑，溶質占先驅體浸漬溶液重量百分比的40～60％，硼化鋯先驅體占溶質重量百分比的20～60％，制備聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ；
10.浸漬與裂解：將步驟8中的纖維預制體置于真空浸漬設備中，用真空泵對真空浸漬設備抽真空，真空浸漬設備內腔壓力低于0.01mpa時，將聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ通過不銹鋼管路引入真空浸漬設備內腔，最終石墨模具全部淹沒于聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ，保壓10小時以上；然后進行裂解，將經過聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ浸漬的碳化硅纖維預制體放入高溫裂解爐中，抽真空至小于2kpa，以120℃/h～300℃/h的升溫速率從室溫加熱到1000～1300℃，保溫0.5～1小時；
11.重復步驟10的過程，直到纖維預制體增重質量小于1％為止，得到sic/si-b-c-zr陶瓷基復合材料。
本發明具有的優點和有益效果是：
第一：該發明采用的浸漬溶液為聚碳硅烷、硼化鋯先驅體和二甲苯，三者之間溶解度較高，能夠實現聚合物先驅體在溶液中分散均勻。
第二：該發明采用不同硼化鋯先驅體重量百分比的聚合物先驅體浸漬溶液逐次進行真空浸漬和高溫裂解，有利于制備元素組成梯度分布可控的陶瓷基體。
第三：該發明在原有基體中引入b、zr元素，充分發揮si-b-c-zr基體組分在不同溫度范圍氧化反應產物三氧化二硼、硼硅酸鹽、二氧化鋯等的協同抗氧化，同時利用si-b-c-zr基體組分高熔點、抗燒蝕優異的特性，提高材料的高溫抗氧化、抗燒蝕性能。
具體實施方式
以下實施方案對本發明做進一步的詳細說明。該方法的操作步驟如下：
1.碳化硅纖維預制體的制備：以連續碳化硅纖維為原料，通過編織制備出碳化硅纖維預制體，烘箱中100～120℃烘干不少于1小時；
2.界面層的制備：在烘干后的碳化硅纖維預制體上沉積熱解碳界面層，熱解碳源為丙烷，沉積溫度950～1050℃，沉積壓力為1～3kpa之間，丙烷流量為1～3l/min，界面層厚度0.2～0.6μm；
3.聚合物先驅體浸漬溶液的配置：以聚碳硅烷和硼化鋯先驅體為溶質，以二甲苯為溶劑，溶質占先驅體浸漬溶液重量百分比的40～60％，硼化鋯先驅體占溶質重量百分比的10～50％，制備聚合物先驅體浸漬溶液ⅰ；
4.碳化硅纖維預制體的定型：將碳化硅纖維預制體置入石墨模具內固定；
5.真空浸漬：將帶石墨模具的碳化硅纖維預制體置于真空浸漬設備中，用真空泵對真空浸漬設備抽真空，真空浸漬設備內腔壓力低于0.01mpa時，將聚合物先驅體浸漬溶液ⅰ通過不銹鋼管路引入真空浸漬設備內腔，最終石墨模具全部淹沒于聚合物先驅體浸漬溶液ⅰ，保壓10小時以上；
6.熱模壓：將經過浸漬的石墨模具的碳化硅纖維預制體置于真空熱壓機中，升溫速率5～10℃/min，模壓溫度200～220℃，模壓壓力1～4mpa，保壓時間不低于30min；
7.高溫裂解：將經過熱模壓的石墨模具的碳化硅纖維預制體放入高溫裂解爐中，抽真空至小于2kpa，以120℃/h～300℃/h的升溫速率從室溫加熱到1000～1300℃，保溫0.5～1小時；
8.致密化：重復上述5和7步驟3～4循環后，纖維預制體從石墨模具脫模；
9.聚合物先驅體浸漬溶液的配置：以聚碳硅烷和硼化鋯先驅體為溶質，以二甲苯為溶劑，溶質占先驅體浸漬溶液重量百分比的40～60％，硼化鋯先驅體占溶質重量百分比的20～60％，制備聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ；
10.浸漬與裂解：將步驟8中的纖維預制體置于真空浸漬設備中，用真空泵對真空浸漬設備抽真空，真空浸漬設備內腔壓力低于0.01mpa時，將聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ通過不銹鋼管路引入真空浸漬設備內腔，最終石墨模具全部淹沒于聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ，保壓10小時以上；然后進行裂解，將經過聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ浸漬的碳化硅纖維預制體放入高溫裂解爐中，抽真空至小于2kpa，以120℃/h～300℃/h的升溫速率從室溫加熱到1000～1300℃，保溫0.5～1小時；
11.重復步驟10的過程，直到纖維預制體增重質量小于1％為止，得到sic/si-b-c-zr陶瓷基復合材料。
實施例一
1、碳化硅纖維預制體的制備：以連續碳化硅纖維為原料，通過編織制備出纖維體積分數為40％的碳化硅纖維預制體，烘箱中110℃烘干2小時；
2、界面層的制備：在烘干后的碳化硅纖維預制體上沉積熱解碳界面層，熱解碳源為丙烷，沉積溫度1050℃，沉積壓為2kpa，丙烷流量為1.5l/min，界面層厚度0.3μm；
3、聚合物先驅體浸漬溶液的配置：以聚碳硅烷和硼化鋯先驅體為溶質，以二甲苯為溶劑，溶質占先驅體浸漬溶液重量百分比的50％，硼化鋯先驅體占溶質重量百分比的20％，制備聚合物先驅體浸漬溶液ⅰ；
4、碳化硅纖維預制體的定型：將碳化硅纖維預制體置入石墨模具內固定；
5、真空浸漬：將帶石墨模具的碳化硅纖維預制體置于真空浸漬設備中，用真空泵對真空浸漬設備抽真空，真空浸漬設備內腔壓力低于0.01mpa時，將聚合物先驅體浸漬溶液ⅰ通過不銹鋼管路引入真空浸漬設備內腔，最終石墨模具全部淹沒于聚合物先驅體浸漬溶液ⅰ，保壓20小時；
6、熱模壓：將經過浸漬的石墨模具的碳化硅纖維預制體置于真空熱壓機中，升溫速率5℃/min，模壓溫度220℃，模壓壓力2mpa，保壓時間60min；
7、高溫裂解：將經過熱模壓的石墨模具的碳化硅纖維預制體放入高溫裂解爐中，抽真空至小于2kpa，以120℃/h的升溫速率從室溫加熱到1200℃，保溫1小時；
8、致密化：重復上述5和7步驟3～4循環后，纖維預制體從石墨模具脫模；
9、聚合物先驅體浸漬溶液的配置：以聚碳硅烷和硼化鋯先驅體為溶質，以二甲苯為溶劑，溶質占先驅體浸漬溶液重量百分比的50％，硼化鋯先驅體占溶質重量百分比的50％，制備聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ；
10、浸漬與裂解：將步驟8中的纖維預制體置于真空浸漬設備中，用真空泵對真空浸漬設備抽真空，真空浸漬設備內腔壓力低于0.01mpa時，將聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ通過不銹鋼管路引入真空浸漬設備內腔，最終石墨模具全部淹沒于聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ，保壓20小時；然后進行裂解，將經過聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ浸漬的碳化硅纖維預制體放入高溫裂解爐中，抽真空至小于2kpa，以120℃/h的升溫速率從室溫加熱到1200℃，保溫1小時；
11、重復步驟10的過程，直到纖維預制體增重質量小于1％為止，得到sic/si-b-c-zr陶瓷基復合材料。
實施例2
1、碳化硅纖維預制體的制備：以連續碳化硅纖維為原料，通過編織制備出纖維體積分數為45％的碳化硅纖維預制體，烘箱中110℃烘干2小時；
2、界面層的制備：在烘干后的碳化硅纖維預制體上沉積熱解碳界面層，熱解碳源為丙烷，沉積溫度1000℃，沉積壓為2kpa，丙烷流量為2.5l/min，界面層厚度0.3μm；
3、聚合物先驅體浸漬溶液的配置：以聚碳硅烷和硼化鋯先驅體為溶質，以二甲苯為溶劑，溶質占先驅體浸漬溶液重量百分比的40％，硼化鋯先驅體占溶質重量百分比的10％，制備聚合物先驅體浸漬溶液ⅰ；
4、碳化硅纖維預制體的定型：將碳化硅纖維預制體置入石墨模具內固定；
5、真空浸漬：將帶石墨模具的碳化硅纖維預制體置于真空浸漬設備中，用真空泵對真空浸漬設備抽真空，真空浸漬設備內腔壓力低于0.01mpa時，將聚合物先驅體浸漬溶液ⅰ通過不銹鋼管路引入真空浸漬設備內腔，最終石墨模具全部淹沒于聚合物先驅體浸漬溶液ⅰ，保壓10小時；
6、熱模壓：將經過浸漬的石墨模具的碳化硅纖維預制體置于真空熱壓機中，升溫速率10℃/min，模壓溫度220℃，模壓壓力2mpa，保壓時間30min；
7、高溫裂解：將經過熱模壓的石墨模具的碳化硅纖維預制體放入高溫裂解爐中，抽真空至小于2kpa，以300℃/h的升溫速率從室溫加熱到1150℃，保溫1小時；
8、致密化：重復上述5和7步驟3～4循環后，纖維預制體從石墨模具脫模；
9、聚合物先驅體浸漬溶液的配置：以聚碳硅烷和硼化鋯先驅體為溶質，以二甲苯為溶劑，溶質占先驅體浸漬溶液重量百分比的40％，硼化鋯先驅體占溶質重量百分比的40％，制備聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ；
10、浸漬與裂解：將步驟8中的纖維預制體置于真空浸漬設備中，用真空泵對真空浸漬設備抽真空，真空浸漬設備內腔壓力低于0.01mpa時，將聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ通過不銹鋼管路引入真空浸漬設備內腔，最終石墨模具全部淹沒于聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ，保壓20小時；然后進行裂解，將經過聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ浸漬的碳化硅纖維預制體放入高溫裂解爐中，抽真空至小于2kpa，以300℃/h的升溫速率從室溫加熱到1150℃，保溫1小時；
11、重復步驟10的過程，直到纖維預制體增重質量小于1％為止，得到sic/si-b-c-zr陶瓷基復合材料。
實施例3
1、碳化硅纖維預制體的制備：以連續碳化硅纖維為原料，通過編織制備出纖維體積分數為55％的碳化硅纖維預制體，烘箱中110℃烘干1小時；
2、界面層的制備：在烘干后的碳化硅纖維預制體上沉積熱解碳界面層，熱解碳源為丙烷，沉積溫度1000℃，沉積壓為3kpa，丙烷流量為3l/min，界面層厚度0.4μm；
3、聚合物先驅體浸漬溶液的配置：以聚碳硅烷和硼化鋯先驅體為溶質，以二甲苯為溶劑，溶質占先驅體浸漬溶液重量百分比的60％，硼化鋯先驅體占溶質重量百分比的40％，制備聚合物先驅體浸漬溶液ⅰ；
4、碳化硅纖維預制體的定型：將碳化硅纖維預制體置入石墨模具內固定；
5、真空浸漬：將帶石墨模具的碳化硅纖維預制體置于真空浸漬設備中，用真空泵對真空浸漬設備抽真空，真空浸漬設備內腔壓力低于0.01mpa時，將聚合物先驅體浸漬溶液ⅰ通過不銹鋼管路引入真空浸漬設備內腔，最終石墨模具全部淹沒于聚合物先驅體浸漬溶液ⅰ，保壓20小時以上；
6、熱模壓：將經過浸漬的石墨模具的碳化硅纖維預制體置于真空熱壓機中，升溫速率5℃/min，模壓溫度205℃，模壓壓力4mpa，保壓時間60min；
7、高溫裂解：將經過熱模壓的石墨模具的碳化硅纖維預制體放入高溫裂解爐中，抽真空至小于2kpa，以300℃/h的升溫速率從室溫加熱到1200℃，保溫0.5小時；
8、致密化：重復上述5和7步驟3～4循環后，纖維預制體從石墨模具脫模；
9、聚合物先驅體浸漬溶液的配置：以聚碳硅烷和硼化鋯先驅體為溶質，以二甲苯為溶劑，溶質占先驅體浸漬溶液重量百分比的60％，硼化鋯先驅體占溶質重量百分比的60％，制備聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ；
10、浸漬與裂解：將步驟8中的纖維預制體置于真空浸漬設備中，用真空泵對真空浸漬設備抽真空，真空浸漬設備內腔壓力低于0.01mpa時，將聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ通過不銹鋼管路引入真空浸漬設備內腔，最終石墨模具全部淹沒于聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ，保壓15小時；然后進行裂解，將經過聚合物先驅體浸漬溶液ⅱ浸漬的碳化硅纖維預制體放入高溫裂解爐中，抽真空至小于2kpa，以300℃/h的升溫速率從室溫加熱到1300℃，保溫0.5小時；
11、重復步驟10的過程，直到纖維預制體增重質量小于1％為止，得到sic/si-b-c-zr陶瓷基復合材料。