[發(fā)明專利]一種陶瓷-纖維-金屬超混雜層板及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210400886.3
• 申請(qǐng)日: 2022-04-18
• 公開（公告）號(hào): CN114953617B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王耀;宋國鵬;胡寧;趙麗濱;張紹君;王偉;張泉達(dá);郎利輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B32B9/00
• 分類號(hào): B32B9/00
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

本發(fā)明為一種陶瓷?纖維?金屬超混雜層板及其制備方法，該層板包括待保護(hù)表面的陶瓷板、鋪設(shè)在陶瓷板內(nèi)側(cè)的熱塑性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料層、熱固性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料和金屬板交替鋪設(shè)的結(jié)構(gòu)，最外層的熱固性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料鋪設(shè)在熱塑性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料層的內(nèi)側(cè)，金屬板和陶瓷板上均加工出微米級(jí)或者納米級(jí)孔洞。改變傳統(tǒng)纖維金屬層板外層金屬直接與外界環(huán)境接觸的結(jié)構(gòu)形式，將需要保護(hù)的表面金屬板替換成陶瓷板，陶瓷板的重量小于金屬板，一定程度上達(dá)到了更加輕量化的目的，同時(shí)陶瓷的耐熱性能顯著強(qiáng)于普通金屬及合金，將其置于最外層有效提升了層板的耐熱性能，并且陶瓷能夠利用受沖擊后破碎來吸收沖擊能量的特點(diǎn)，以達(dá)到保護(hù)層板內(nèi)部結(jié)構(gòu)的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于板材復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種陶瓷-纖維-金屬超混雜層板及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著航天航空技術(shù)的高速發(fā)展，宇宙飛船進(jìn)入太空，人類對(duì)宇宙的探索愈加深入，對(duì)輕質(zhì)耐熱、抗沖擊、易修復(fù)復(fù)合材料的需求也越來越迫切。纖維金屬層板(Fiber MetalLaminates, FMLs)是一種由纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料與金屬薄板在必要的界面處理后進(jìn)行交替鋪設(shè)，并在一定溫度、壓力下經(jīng)過固化工藝后得到的超混雜復(fù)合材料。FMLs由于其獨(dú)特的構(gòu)成，結(jié)合了金屬和纖維復(fù)合材料的性能優(yōu)勢(shì)，具有高的比剛度和比強(qiáng)度，優(yōu)異的抗疲勞性能和高損傷容限，引起了人們廣泛關(guān)注，在航空航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

FMLs較普通金屬板性能得到了較大提高，航空航天飛行器的服役環(huán)境較為惡劣，在超高溫環(huán)境下，外層金屬或合金板的耐熱性能不足，可能受高溫熔化，導(dǎo)致層板遭到嚴(yán)重破壞。飛機(jī)在高速飛行時(shí)可能與飛鳥相撞，層板的抗沖擊性能不足，導(dǎo)致層板大面積破裂。由于纖維金屬層板最外層是金屬，具有導(dǎo)電性，還有可能面臨雷擊和難以修復(fù)等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上問題，本發(fā)明提出了一種新型陶瓷-纖維-金屬超混雜層板及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種新型陶瓷-纖維-金屬超混雜層板，該層板包括待保護(hù)表面的陶瓷板、鋪設(shè)在陶瓷板內(nèi)側(cè)的熱塑性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料層、熱固性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料和金屬板交替鋪設(shè)的結(jié)構(gòu)，最外層的熱固性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料鋪設(shè)在熱塑性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料層的內(nèi)側(cè)，金屬板和陶瓷板上均加工出微米級(jí)或者納米級(jí)孔洞。微米級(jí)或者納米級(jí)孔洞可通過陽極氧化設(shè)備進(jìn)行處理加工獲得，孔洞的排布方式是隨機(jī)的，使得使金屬與熱固性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料、陶瓷與熱塑性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料的界面結(jié)合性能更好。熱塑性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料和熱固性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料都有特定的固化曲線，需要相應(yīng)的溫度、壓力和真空度，鋪層設(shè)置好后，按照順序在一定溫度、壓力和真空度下進(jìn)行層壓固化得到層板。傳統(tǒng)的纖維金屬層板最外層為金屬，金屬/纖維預(yù)浸料按照n+1/n的結(jié)構(gòu)鋪設(shè)而成。

所述熱塑性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料層的膨脹系數(shù)介于熱固性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料的膨脹系數(shù)和陶瓷板的膨脹系數(shù)之間。

熱塑性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料的厚度小于金屬層間熱固性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料厚度的2/3，且大于金屬層間熱固性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料厚度的1/3。

所述熱固性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料為環(huán)氧樹脂材料，環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)為50*10^(-6) /℃~60*10^(-6) /℃，陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)為4*10^(-6) /℃~13*10^(-6) /℃，熱塑性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料的熱膨脹系數(shù)與陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)的差值，不大于熱塑性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料的熱膨脹系數(shù)與熱固性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料的熱膨脹系數(shù)的差值，使得陶瓷和熱固性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料的變形盡可能同步，避免陶瓷由于較脆而從內(nèi)部受力被破壞的現(xiàn)象發(fā)生；

所述陶瓷材料為氧化鎂陶瓷、氧化鋁陶瓷、滑石瓷、碳化硅陶瓷、氧化硅陶瓷或氮化硅陶瓷中的至少一種；

所述熱塑性纖維增強(qiáng)樹脂預(yù)浸料為聚酰亞胺樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚醚醚酮樹脂或聚醚酰亞胺樹脂中的至少一種；