[發明專利]一種多金屬混雜陶瓷基復合材料

在審

• 申請號: 201710604226.6
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107379661A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 潘影;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 蘇州宏久航空防熱材料科技有限公司
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B15/00;B32B15/20;C04B41/88
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技術領域

本發明涉及一種復合材料，特別是涉及一種多金屬混雜陶瓷基復合材料。

背景技術

目前C/SiC復合材料能夠耐高溫抗氧化，其高溫性能非常優異，在飛機發動機，剎車盤，結構受力件等領域具有廣泛的應用，然而由于碳化硅陶瓷脆性大，易碎裂，大大限制了其使用范圍。即使通過碳纖維增韌，其韌性可達到合金水平，但是由于碳化硅材料的缺口敏感性大，斷裂的臨界缺陷太低，大約為10^-3mm個數量級，遠遠低于金屬及其合金缺陷臨界值（約1mm級）。而Mo、Nb、Ti等難熔金屬強度高，韌性高，其斷裂的臨界缺陷遠高于碳化硅陶瓷。采用金屬背襯，能大大提高材料的韌性。另外難熔金屬的導熱系數非常高，且比熱容較小，可以很快疏散熱量，起到對外表降溫的作用。但是金屬再高溫的抗蠕變性能差，易軟化，故再加一層C/SiC復合材料作為支撐結構，將該結構多層疊加制備出C/SiC復合材料與金屬薄板的疊層結構材料，使的該材料具備優異的力學性能，綜合了傳統纖維復合材料和金屬材料的特點，彌補了單一復合材料和金屬材料的不足，不但具有高比剛度和比強度，優良的疲勞性能以及損傷容限性能，將顯著提高材料的強韌性，大大降低材料的缺口敏感性，使其成為航空航天飛行器結構所需材料的理想選擇。

一直以來，金屬相增強陶瓷材料由于其優異的性能，各自的優缺點互補，一直是研究熱點。文獻“金屬間化合物/陶瓷基復合材料發展現狀與趨勢，劉凡，何柏林.粉末冶金材料科學與工程，2007，12(1)：8-12”揭示了金屬間化合物增強陶瓷材料的現狀，其中沈建興等人介紹了一種鎳鋁合金增強氧化鋁陶瓷材料，研究表明Ni₃-Al對Al₂O₃陶瓷有明顯的增韌作用。所得復合材料的抗彎強度與斷裂韌性從室溫至600℃范圍內，隨溫度升高下降很少。但隨著材料的進一步升高，由于金屬材料的蠕變性能，使得材料的整體性能下降。張炳榮等人通過粉末冶金的方法制得,與純Al₂O₃陶瓷相比，該復合材料直到1000℃仍保持了較高的斷裂韌性。高明霞等人采用自發熔化滲透法制備了高TiC含量的NiAl/TiC和Ni₃-Al/TiC復合材料，使材料的斷裂韌性大大增加。可見這類材料通過各自的優點而彌補或部分彌補了彼此的缺點 , 具有優異的性能。然而此類材料中空隙難以完全消除，若加入過多燒結助劑勢必影響材料的力學性能，特別是通過自發熔化滲透法制備出的材料，結構不均勻，且存在不能消除的氣孔，大大降低了材料的斷裂韌性。

文獻“C/SiC復合材料與Nb合金的連接, 梁赤勇, 堵永國, 張為軍. 宇航材料工藝, 2009” 介紹了C/SiC復合材料與Nb合金的連接。文獻“SiC陶瓷與金屬W的連接及工藝研究，魏倩倩. 武漢理工大學， 2012”介紹了SiC陶瓷與金屬W的連接及工藝。以上文獻所介紹的釬焊只適用小尺寸材料的鏈接，而像板材由于接觸面積大，中心面積區域在焊接過程中結構難以控制，極易出現焊接缺陷，形成空洞。同時以上文獻中并未有效解決陶瓷材料與金屬材料熱膨脹系數不匹配的問題，使得材料中存在較大殘余應力。

發明內容

本發明的目的旨在克服現有技術的缺陷，提供了一種硬度高韌性好，能夠耐高溫抗氧化的一種多金屬混雜陶瓷基復合材料。

為實現本發明的目的所采用的技術方案是：一種多金屬混雜陶瓷基復合材料，由C/SiC陶瓷基復合材料和金屬薄板構成夾層結構，其特征在于該結構由外到內依次為C/SiC復合材料、Mo合金薄板、C/SiC復合材料，Ti合金薄板薄板、C/SiC復合材料和Al合金薄板，其中在與金屬薄板接觸的C/SiC復合材料表面有一層沿陶瓷基體內部方向呈梯度分布的金屬涂層。所述的C/SiC陶瓷基復合材料在疊層中的單層厚度為10-30mm，所述的呈梯度分布的金屬涂層是向C/SiC陶瓷基體中滲入的金屬Zr、Nb或Cu金屬涂層，滲入涂層的全梯度厚度為1-60μm。所述的Mo、Ti和Al合金薄板厚度為0.1-5mm。