[發明專利]無機復合材料與鎳基高溫合金材料間碳納米管增韌連接層及方法

有效

• 申請號: 201710423879.4
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107150475B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 史小紅;楊莉;金秀秀;李賀軍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B32B15/04
• 分類號: B32B15/04;B32B15/20;B32B3/26;B32B37/10;B32B37/06;C01B32/16
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種無機復合材料與鎳基高溫合金材料間碳納米管增韌連接層及方法，首先在復合材料表面原位生成具有釘扎效應的碳納米管，然后以Ti箔、Ni箔、Cu箔作為中間層，連接無機復合材料和鎳基高溫合金。通過中間層與母材之間的反應，在納米管孔隙填充中間層物料，獲得納米管增韌的連接層，增強了復合材料與鎳基高溫合金界面間的結合強度，緩解了因母材與連接層間熱膨脹系數差異較大而產生的熱應力集中問題，實現無機復合材料與鎳基高溫合金間的強結合。所得碳納米管增韌連接層具有較高的連接強度，該方法具有很大的應用潛力，具備顯著的經濟和社會效益。

技術領域

本發明屬于無機復合材料與鎳基高溫合金的連接領域，涉及一種無機復合材料與鎳基高溫合金材料間碳納米管增韌連接層及方法。

背景技術

碳碳(C/C)復合材料是一種戰略性的高溫結構材料，具有低密度、低熱膨脹系數、高比強度、耐高溫、耐腐蝕等一系列優異性能，在航空航天、汽車及核能等領域具有廣闊的應用前景。但是，由于C/C復合材料受預制體的限制，難以被加工成復雜零部件且生產成本較高。目前，制造業領域仍以金屬材料為主，欲拓寬C/C復合材料應用范圍，必須解決C/C復合材料與金屬材料之間的連接問題，以實現兩類材料零部件之間的組裝，滿足復雜構件的低成本需求。鎳基高溫合金因其優異的高溫性能成為航空航天領域重要的結構材料，但鎳基高溫合金密度較大，約為C/C復合材料的4倍，從而限制了其應用范圍。如能將鎳基高溫合金與C/C復合材料進行連接，便可充分發揮兩者的性能優勢，拓寬兩種材料的應用領域，從而實現降低飛行器重量，減少成本，提高零件使用溫度和使用壽命的目的。

文獻1“Joining of C/C Composites and GH3128Ni-based Superalloy withNi-Ti Mixed Powder as an Interlayer.Rare Metal Materials and Engineering,40(2011):2088-2091”介紹了一種利用Ti-Ni混合粉作為連接層材料連接碳纖維增強復合材料和鎳基高溫合金GH3128的方法，但由于Ti和Ni在高溫下熱膨脹明顯，連接層中出現裂紋及斷層，致使其連接強度極低，而其主要失效部位則出現在碳纖維復合材料與連接層界面之間。文獻2“Partial transient liquid phase bonding of carbon/carbon compositesusing Ti-Ni-Al₂O₃-Si compound as interlayer.Journal of Alloys and Compounds,50(2013):57-62”提出一種以Ti-Ni-Al₂O₃-Si釬料為中間層連接C/C復合材料的方法，該方法所獲得的連接層強度僅為21MPa，同樣，該連接層剪切失效部位仍然位于復合材料與連接層界面之間。

可見，無機復合材料與鎳基高溫合金連接失效的主要原因有：(1)非同質材料間物理化學性質的較大差異，使連接層中易出現裂紋和斷層；(2)無機復合材料與鎳基高溫合金間熱膨脹系數不匹配，缺少同無機復合材料相似熱膨脹系數的連接層材料來緩解連接層中因此而產生的熱應力。這些因素導致連接層失效往往發生在復合材料與連接層界面處。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種無機復合材料與鎳基高溫合金材料間碳納米管增韌連接層及方法。

技術方案

一種無機復合材料與鎳基高溫合金材料間碳納米管增韌連接層，其特征在于：無機復合材料與鎳基高溫合金材料之間設有Ti箔、Ni箔和Cu箔；所述無機復合材料的表面為釘扎結構碳納米管層。

一種制備所述無機復合材料與異質材料間碳納米管增韌連接層的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將無機復合材料、Ti箔、Ni箔、Cu箔以及鎳基高溫合金表面分別打磨并清洗并干燥；