[發明專利]一種在1600℃以下長期使用的金屬陶瓷基復合材料

有效

• 申請號: 201310309203.4
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN103724028A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 陳照峰;聶麗麗
• 申請（專利權）人: 太倉派歐技術咨詢服務有限公司
• 主分類號: C04B35/76
• 分類號: C04B35/76;C04B35/622;C04B35/565;C04B35/56;C04B35/52
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技術領域

本發明涉及復合材料領域，特別是涉及一種在1600℃以下長期使用的金屬陶瓷基復合材料。

背景技術

由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料，各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的要求。纖維增強陶瓷基復合材料是出現較晚的一種復合材料，具有高強度和高韌性的特點，在航空航天、國防等領域得到廣泛應用。陶瓷基復合材料的發展受到纖維發展的制約，纖維對復合材料的性能起著重要作用，纖維的熱穩定性、高強度、高模量、低密度等都是影響復合材料性能的重要因素。

目前，增強陶瓷用纖維大多是直徑為幾微米至幾十微米的多晶材料或非晶材料，如玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、氧化鋁纖維和碳化硅纖維等，它們能與陶瓷基體很好地結合，產生良好的增強補韌效果。但是，這些多晶或非晶纖維高溫不耐氧化，相關性能在高溫環境中大打折扣，制約了復合材料的使用范圍和高溫壽命。

公開(公告)號為1288874的中國發明專利公開了一種纖維束增強的陶瓷基質復合材料，這種復合材料含有兩種不同平均長度的纖維束，即增強纖維束和基質纖維束，其特征在于部分纖維束含有至少一層保護層，并對其幾何尺寸分布做出了特殊的選擇。該復合材料具有良好的高溫性能，特別適用于有大的溫度應力的場合。

公開(公告)號為101693628A的中國發明專利公開了一種纖維增強ZrC陶瓷基復合材料的制備方法，用于改善C/C復合材料的抗高溫氧化性能。該專利采用熔體浸滲法，將高純度的Zr粉與蒸餾水和聚乙烯醇按比例混合均勻后，涂覆在C/C復合材料的表明，在高溫下于保護氣氛中進行熔體浸滲，得到纖維增強ZrC陶瓷基復合材料。

發明內容

本發明提供一種在1600℃以下長期使用的金屬陶瓷基復合材料，由無機纖維、金屬絲和陶瓷基體組成。以金屬絲混合無機纖維編織成預成型體，先在預成型體表面滲透沉積碳界面層，再利用CVI技術進行陶瓷基體的制備，最終形成金屬陶瓷基復合材料。

本發明所述的無機纖維為碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維或它們的混合纖維，直徑為5～7μm。金屬絲為鉑金絲或鉑銠合金絲，直徑為0.05～1.0mm。陶瓷基體為碳化硅、碳化硅與碳的混合基體或者碳化鋯與碳的混合基體。碳界面層由層狀結構的碳組成，厚度為0.3～1.0μm。

本發明所述的預成型體是以無機纖維與鉑金絲或鉑銠合金絲混合編織而成，它們可以通過三維技術編織成立體織物，或者先編織成二維布，布再纏繞成筒或其它三維形狀。無機纖維與鉑金絲或鉑銠合金絲可以是合股混捻或者并絲成束后再編織。其中，預成型體中無機纖維含量為10～50％，預成型體的體積占復合材料總體積的50～70％。

鉑金、鉑銠合金的熔點高達1800多攝氏度，長期使用溫度在1600℃以上，其具有良好的強度、韌性，易于編織成型。由于其極好的高溫抗氧化性能，與碳纖維混編后可在1600℃以下的高溫條件下長期使用，并保持良好的使用性能。其中，碳界面層不僅可以作為阻擋層，還能起到傳遞載荷、偏轉裂紋和緩解熱失配的作用。

本發明的主要優點是：①該金屬陶瓷基復合材料以鉑金絲或鉑銠合金絲混編碳纖維作為增強補韌相，提高了纖維材料的高溫氧化性能和復合材料的整體韌性，提供了一種可以在1600℃下長期使用的高性能復合材料；②利用CVI技術，能在低壓、低溫下進行界面層和基體的制備，材料內部殘余應力小，纖維受損傷小，最大程度上保持了各基體材料的優異性能；③混合纖維先編織成預成型體然后再進行涂層，可以避免編織工序對涂層造成的損害，并且簡化了涂層設備，即界面層和陶瓷基體共用CVI設備；④界面層將混合纖維預成型體與陶瓷基體緊密結合，其層狀結構可以有效地緩沖載荷和偏轉裂紋等；⑤可以實現微觀尺度上的成分設計，能制備出形狀復雜和纖維體積分數高的近尺寸部件。

附圖說明

圖1為本發明所述金屬陶瓷復合材料的結構示意圖。

圖示10為預成型體；20為層狀碳界面層；30為陶瓷基體。

圖2為本發明所述金屬陶瓷復合材料的截面示意圖。

圖示11為預成型體；12為層狀碳界面層；13為陶瓷基體。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定。

實施例1