[發明專利]多層復合膜、其制備方法以及作為碳化硅及其復合材料連接材料的應用

有效

• 申請號: 201610406767.3
• 申請日: 2016-06-12
• 公開（公告）號: CN107488043B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 黃慶;周小兵;楊輝;李友兵;黃峰;都時禹
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C04B37/00
• 分類號: C04B37/00
• 代理公司: 寧波元為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 單英

本發明提供了一種由納米鈦層、納米碳層以及鈦硅碳層組成的多層復合膜。該多層復合模可作為碳化硅及其復合材料的連接層而應用。其優點是：利用高活性金屬鈦層與基體碳化硅之間的反應，打破基體碳化硅中的硅碳共價鍵，可形成較強的界面過渡層碳化鈦；鈦與碳反應放熱有利于連接致密化，降低成本；耐高溫耐腐蝕性能優良、且在高溫下具有準塑性的三元層狀陶瓷鈦硅碳層可在高溫緩解連接界面的崩塌式失效，并且可彌補碳化硅及其復合材料的表面缺陷，降低對碳化硅及其復合材料的表面加工精度要求，提高生產效率，降低生產成本。

技術領域

本發明涉及復合膜以及碳化硅陶瓷及其復合材料的連接技術領域，具體涉及一種多層復合膜、其制備方法以及作為碳化硅及其復合材料連接材料的應用。

背景技術

碳化硅(Silicon carbide，SiC)具有高熔點、耐腐蝕、低中子吸收截面、低中子活性及良好的高溫力學性能等優點，因此，碳化硅及其復合材料(包括碳化硅陶瓷，碳化硅陶瓷基復合材料，例如碳化硅纖維增強碳化硅復合材料，碳纖維增強碳化硅復合材料等)具有良好的應用價值，例如，被認為是下一代壓水堆包殼管和熱核聚變堆流道插件的候選材料之一。然而，碳化硅及其復合材料，由于加工成型困難，尤其是制造形狀復雜的碳化硅陶瓷件非常困難。因此，在實際制造中通常需要連接技術來獲得復雜形狀或者大尺寸碳化硅及其復合材料器件，例如利用碳化硅及其復合材料制造核燃料包殼管以及端塞間的密封件等。因此，碳化硅及其復合材料的連接是一個十分關鍵的問題。

碳化硅及其復合材料的連接技術中，連接層材料以及連接方法是關鍵。目前，根據所使用的連接焊劑的不同，可將碳化硅及其復合材料的連接技術分為陶瓷前驅體連接、Ti箔片連接、瞬時液相焊接、玻璃-陶瓷焊劑連接、金屬釬焊、反應連接等。這些方法在常規應用領域起到了非常重要的作用，但是在核環境中，連接接口除了應具備足夠的力學性能之外，還需要保證氣密性，耐受中子輻照，耐受反應堆惡劣工況(高溫高壓水蒸氣、鉛鉍、氟鹽腐蝕等)等性能，因此對碳化硅及其復合材料的連接技術及連接材料提出了更高的要求。然而，現有技術中，如陶瓷前驅體連接過程中，其前驅體陶瓷化產生的Si-C或Si-O-C在輻照環境下并不穩定；Ti箔片或金屬釬焊做為連接層時存在不耐腐蝕的問題；玻璃-陶瓷焊劑在高溫時易軟化而失效；瞬時液相焊接雖然成分與基體最接近，且接口力學性能良好，但是需要較大壓力且連接所需的溫度較高，無法應用于復雜形狀及大尺寸樣品。

因此，研究用于連接碳化硅及其復合材料的連接材料是該領域的研究熱點之一，對碳化硅及其復合材料的應用具有重要的意義。

發明內容

本發明提供一種新型結構的多層復合膜。

本發明提供的多層復合膜呈左右層疊結構，依次為第一復合疊層、鈦硅碳層以及第二復合疊層；

所述第一復合疊層呈左右層疊結構，包括至少兩層鈦層，并且相鄰的鈦層之間為碳層；

所述第二復合疊層呈左右層疊結構，包括至少兩層鈦層，并且相鄰的鈦層之間為碳層。

所述第一復合疊層中，作為優選，沿著層疊方向，各層厚度為納米量級。進一步優選，單層納米鈦層的厚度為10nm～1000nm；單層納米碳層的厚度為10nm～1000nm。

所述第二復合疊層中，作為優選，沿著層疊方向，各層厚度為納米量級。進一步優選，單層納米鈦層的厚度為10nm～1000nm；單層納米碳層的厚度為10nm～1000nm。

作為優選，沿著層疊方向，所述鈦硅碳層的厚度為500nm～500μm。

所述的鈦硅碳層以鈦硅碳為材料，或者是以鈦硅碳為基體的復合材料，包括但不限于碳化硅顆粒復合鈦硅碳層、碳化硅晶須復合鈦硅碳層、碳化硅纖維復合鈦硅碳層、碳纖維復合鈦硅碳層，以及碳化鈦復合鈦硅碳層等。

本發明還提供了一種制備上述多層復合膜的方法，包括如下步驟：