一種在1200℃以下使用的金屬陶瓷復(fù)合材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在1200℃以下使用的金屬陶瓷復(fù)合材料，其特征在于以金屬絲混合纖維編織成預(yù)成型體，先通過CVI法在預(yù)成型體纖維表面滲透沉積界面層，再利用CVI技術(shù)進(jìn)行SiC陶瓷基體的制備，最終形成金屬陶瓷復(fù)合材料。其中，預(yù)成型體是以碳纖維與鎳鉻鎳硅合金絲混合編織而成，碳纖維與合金絲可以單獨(dú)編織，也可以合股混捻或并絲成束后再編織。界面層由層狀結(jié)構(gòu)的碳或BN組成，碳界面層的厚度為0.1～0.3μm，而BN界面層的厚度則為0.3～0.5μm。SiC陶瓷基體占復(fù)合材料總體積的30～50％。層狀的界面層不僅可以作為阻擋層，還能起到傳遞載荷、偏轉(zhuǎn)裂紋和緩解熱失配的作用。
【專利說(shuō)明】—種在1200°C以下使用的金屬陶瓷復(fù)合材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是涉及一種在1200°C以下使用的金屬陶瓷復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]陶瓷基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)、高比模、耐高溫、抗氧化等優(yōu)良性能，已用作液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、導(dǎo)彈天線罩、航天飛機(jī)鼻錐、飛機(jī)剎車盤和高檔汽車剎車盤等，成為高技術(shù)新材料的一個(gè)重要分支。
[0003]但是陶瓷的脆性大和可靠性差等致命弱點(diǎn)，長(zhǎng)期阻礙了其被廣泛應(yīng)用，因此多年來(lái)人們一直探索陶瓷的增韌途徑，近年來(lái)取得了重大突破。陶瓷基復(fù)合材料(CMC)在航空航天熱結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用證明，發(fā)展連續(xù)纖維增韌的CMC是改善陶瓷脆性和可靠性的有效途徑，可以使CMC具有類似金屬的斷裂行為，對(duì)裂紋不敏感，沒有災(zāi)難性損毀。
[0004]公開(公告)號(hào)為102785435A的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種金屬/陶瓷復(fù)合材料，這種金屬/陶瓷復(fù)合材料包括金屬基體、陶瓷涂層和中間連接層。其中，中間連接層為彈性模量較低的軟質(zhì)金屬或合金，使所述陶瓷涂層和金屬基體緊密結(jié)合；并且，作為中間連接層的軟質(zhì)金屬的塑性好、屈服強(qiáng)度低，能夠通過塑性變形和蠕變等緩解焊接接頭的殘余應(yīng)力。
[0005]公開(公告)號(hào)為102774087A的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種新型金屬/陶瓷復(fù)合材料，這種金屬/陶瓷復(fù)合材料包括金屬基體、陶瓷涂層和中間連接層。其中，所述的金屬基體為硬質(zhì)合金，所述 的中間連接層為復(fù)合金屬層，包括熱膨脹系數(shù)小、彈性模量高的第一金屬層和塑性好的第二金屬層，所述第一金屬層與所述陶瓷涂層結(jié)合，所述第二金屬層和所述金屬基體結(jié)合。該發(fā)明的新型金屬/陶瓷復(fù)合材料，通過中間連接層使所述陶瓷涂層和金屬基體緊密結(jié)合，中間連接層能緩解連接部分的殘余應(yīng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種在1200°C以下使用的金屬陶瓷復(fù)合材料，其特征在于以合金絲混合纖維編織成預(yù)成型體，先通過CVI法在預(yù)成型體纖維表面滲透沉積界面層，再利用CVI技術(shù)進(jìn)行SiC陶瓷基體的制備，最終形成金屬陶瓷復(fù)合材料。
[0007]預(yù)成型體是以碳纖維與鎳鉻鎳硅合金絲混合編織而成，它們可以通過三維技術(shù)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。碳纖維與合金絲可以單獨(dú)編織，也可以合股混捻或并絲成束后再編織。其中，鎳鉻鎳硅合金絲的直徑為0.03~1mm，在預(yù)成型體中的體積含量為10%~50%。
[0008]界面層由層狀結(jié)構(gòu)的碳或BN組成，其特征在于，碳作為界面層，厚度為0.1~
0.3 μ m，而BN界面層的厚度則為0.3~0.5 μ m。
[0009]SiC陶瓷基體通過CVI法由前驅(qū)體三氯甲基硅烷在預(yù)制體中分解沉積、連接纖維縫隙并逐漸密實(shí)填充而成，占復(fù)合材料總體積的30~50%。
[0010]由于鎳鉻鎳硅絲良好的強(qiáng)度、韌性、抗氧化性和高溫使用性能，結(jié)合碳纖維優(yōu)異的力學(xué)性能，與SiC陶瓷基體的優(yōu)良性能互相補(bǔ)充，再通過碳或BN界面層將兩者緊密相連，使該金屬陶瓷復(fù)合材料性能優(yōu)異，可以在1200°C以下長(zhǎng)期使用。其中，界面層不僅可以作為阻擋層，還能起到傳遞載荷、偏轉(zhuǎn)裂紋和緩解熱失配的作用。
[0011]本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是:①該金屬陶瓷復(fù)合材料充分結(jié)合鎳鉻鎳硅合金絲、碳纖維和陶瓷基體的優(yōu)良性能，有效改善基體材料的高溫氧化和韌性問題，很好地起到了互補(bǔ)增強(qiáng)的作用，可以在1200°C下長(zhǎng)期使用；②利用CVI技術(shù)，能在低壓、低溫下進(jìn)行界面層和基體的制備，材料內(nèi)部殘余應(yīng)力小，纖維受損傷小，最大程度上保持了各基體材料的優(yōu)異性能；③混合纖維先編織成預(yù)成型體然后再進(jìn)行涂層，可以避免編織工序?qū)ν繉釉斐傻膿p害，并且簡(jiǎn)化了涂層設(shè)備，即界面層和陶瓷基體共用CVI設(shè)備界面層將混合纖維預(yù)成型體與陶瓷基體緊密結(jié)合，其層狀結(jié)構(gòu)可以有效地緩沖載荷和偏轉(zhuǎn)裂紋等；⑤可以實(shí)現(xiàn)微觀尺度上的成分設(shè)計(jì)，能制備出形狀復(fù)雜和纖維體積分?jǐn)?shù)高的近尺寸部件。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明所述金屬陶瓷復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖示10為混合纖維預(yù)成型體；20為界面層；30為SiC陶瓷基體。
[0014]圖2為本發(fā)明所述金屬陶瓷復(fù)合材料的截面示意圖。
[0015]圖示11為混合纖維預(yù)成型體；12為界面層；13為SiC陶瓷基體。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定。
[0017]實(shí)施例1`[0018]將碳纖維、鎳鉻鎳硅合金絲合股混捻，通過三維編織技術(shù)編織成立體形狀的預(yù)成型體，控制纖維含量為60% ;通過CVI法制備碳界面層，通過相關(guān)工藝參數(shù)控制界面層厚度為0.3μπι ;再在相同的CVI設(shè)備中，以三氯甲基硅烷為前驅(qū)體，在適當(dāng)?shù)臈l件下分解出SiC將預(yù)成型體縫隙密實(shí)填充，形成金屬陶瓷復(fù)合材料。
[0019]實(shí)施例2
[0020]將碳纖維、鎳鉻鎳硅合金絲并絲成束，先編織成二維布，布再纏繞成筒或其它三維形狀，控制纖維含量為70 %;通過CVI法制備BN界面層，通過相關(guān)工藝參數(shù)控制界面層厚度為0.5μπι ;再在相同的CVI設(shè)備中，以三氯甲基硅烷為前驅(qū)體，在適當(dāng)?shù)臈l件下分解出SiC將預(yù)成型體縫隙密實(shí)填充，形成金屬陶瓷復(fù)合材料。
[0021]上述僅為本發(fā)明的兩個(gè)【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)的范圍的行為。但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何形式的簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種在1200°C以下使用的金屬陶瓷復(fù)合材料，其特征在于由合金絲混合纖維編織的預(yù)成型體、界面層和SiC陶瓷基體組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷基復(fù)合材料，其特征在于所述的合金絲為鎳鉻鎳硅合金絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷基復(fù)合材料，其特征在于所述的纖維為碳纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷基復(fù)合材料，其特征在于所述的預(yù)成型體是以碳纖維與鎳鉻鎳硅合金絲混合編織而成，它們可以通過三維技術(shù)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；碳纖維與合金絲可以單獨(dú)編織，也可以合股混捻或并絲成束后再編織。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷復(fù)合材料，其特征在于所述的界面層由層狀結(jié)構(gòu)的碳或BN組成，碳界面層的厚度為0.1~0.3 μ m，而BN界面層的厚度則為0.3~0.5 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷復(fù)合材料，其特征在于所述的SiC陶瓷基體是通過CVI法由前驅(qū)體三氯甲基硅烷在預(yù)制體中分解沉積、連接纖維縫隙并逐漸密實(shí)填充而成，占復(fù)合材料總體積的30~50%。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬陶瓷復(fù)合材料，其特征在于所述的鎳鉻鎳硅合金絲的直徑為0.03~1mm，在預(yù)成型體中的體積含量為10%~50%。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬陶瓷復(fù)合材料，其特征在于所述的界面層呈層狀結(jié)構(gòu)，不僅可以作為阻擋層，還 能起到傳遞載荷、偏轉(zhuǎn)裂紋和緩解熱失配的作用。
【文檔編號(hào)】C04B35/565GK103724029SQ201310309233
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月23日
【發(fā)明者】陳照峰, 聶麗麗 申請(qǐng)人:太倉(cāng)派歐技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司