CN103722782B - 一种陶瓷基混杂复合材料及其结构 - Google Patents
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Abstract
一种陶瓷基混杂复合材料及其结构。该材料具有多层结构，成管状，由外到内依次是镍涂层、SiC泡沫、SiC增密的碳纤维预制体和SiC涂层，厚度分别为0.5～3mm、1～5mm、0.5～5mm和0.1mm～0.5mm。它们通过原子间作用力相互结合，能在高温环境下稳定工作，并且抗氧化、防腐蚀，可作为要求严苛的航空航天器喷管等高温结构件。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其结构，特别是涉及一种陶瓷基混杂复合材料及其结构。
背景技术
高性能动力是发展先进航空和航天器的基础，提高航空发动机的推重比和火箭发动机的冲质比是改善先进航空和航天器性能的必经之路，这些都要求不断降低发动机的结构重量和提高发动机构件的耐温能力。因此，发展耐高温、低密度的新型超高温复合材料来接替高温合金和难容金属材料，成为发展高性能发动机的关键和基础。国际普遍认为，SiC陶瓷基复合材料是发动机高温结构材料的技术制高点之一，可以反映一个国家先进航空航天器和先进武器制备的设计和制造能力。
在火箭和导弹的热端部件上，Cf/SiC陶瓷基复合材料用于火箭或导弹推力燃烧室、火焰稳定器，氢氧发动机的大型出口锥，先进涡轮发动机的叶片、浮壁，固体火箭推力矢量喷管，导弹鼻锥，机翼前缘等部件的主体材料；在太空领域，用于太空空间站的基材，太阳能收集装置，同时，可用于卫星反射镜的基体材料。而这些材料作为热端部件材料时，由于存在多种物相，热稳定性及高温抗氧化性能等不能达到要求。目前常常采用表面涂层的方法来缓解材料的热失效和高温氧化。
公开号为101839152A的中国发明专利涉及一种陶瓷基复合材料涡轮发动机。在一个实施例中，提供了一种用于涡轮发动机的过渡部分，其包括由陶瓷基复合材料构成的一个或多个构件。过渡部分可以以流体的方式连接燃气轮机发动机内的高压涡轮和低压涡轮。过渡部分可包括过渡导管和可变截面涡轮喷嘴。过渡导管和可变截面涡轮喷嘴其中之一或两者可由陶瓷基复合材料构成。
公开号为102390989A的中国发明专利公开了一种铁氧体基陶瓷复合材料、其制备方法以及用途。该复合材料由铁氧体、碳纳米管以及陶瓷材料组成，铁氧体与陶瓷材料包覆在碳纳米管管壁，并且所述的陶瓷材料为氧化铝、氮化铝和氮化硅中的一种或几种。铁氧体、碳纳米管、陶瓷三相材料的复合，使各相材料性能优缺点互补，提高了复合材料的电导性能、改善了阻抗匹配性能，并且使吸波性能可调，实现了铁氧体基陶瓷材料的结构与功能一体化，从而拓宽了复合材料在高新技术领域的应用范围。另外，本发明采用共沉淀水热法制备该复合材料粉体，以及采用微波烧结法进一步将其制备成块体材料，具有各相分散均匀、材料烧结致密化程度高以及降低生产成本，易于实现大规模产业化的优点。
发明内容
本发明主要针对燃烧器的高温结构管件，提出一种陶瓷基混杂复合材料及其结构。该材料具有多层结构，成管状，由外到内依次是镍涂层、SiC泡沫、SiC增密的碳纤维预制体和SiC涂层。它们通过原子间作用力相互结合，能在高温环境下稳定工作，并且抗氧化、防腐蚀，可作为要求严苛的航空航天器喷管等高温结构件。
所述的SiC泡沫与SiC增密的碳纤维预制体构成管状结构的主体，SiC泡沫位于SiC增密的碳纤维预制体的外表面，内部呈现出三维网络状，厚度为1～5mm。SiC增密的碳纤维预制体与SiC泡沫之间有SiC晶粒形成的原子间作用力，SiC增密的碳纤维预制体的厚度为0.5～5mm。
所述的镍涂层位于管状结构的最外层，附着于SiC泡沫表面，厚度为0.5～3mm，具有优良的抗氧化和耐腐蚀性能。所述的SiC涂层位于SiC增密的碳纤维预制体的内表面，是管状结构的最内层，厚度为0.1～0.5mm，具有很高的强度、硬度和高温稳定性，以及优异的抗氧化、防腐蚀性能。
本发明的主要优点是：①该材料质量轻，强度高，具有优异的高温性能，能够抗氧化和防腐蚀；②该材料包含纤维增强陶瓷基体和金属镍涂层，材料优势互补，在高温环境下保持稳定的工作性能；③该管状结构内部是泡沫材料，可以填充冷却、相变等材料，实现高温结构的降温：④该管状结构内外表面均附着有抗氧化、防腐蚀涂层，具有使用寿命长，稳定性好的优点。
附图说明
图示为一种陶瓷基混杂复合材料管的示意图。
图示10为镍涂层；20为SiC泡沫；30为SiC增密的碳纤维预制体；40为SiC涂层。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
一种陶瓷基混杂复合材料及其结构，该材料由四层不同材料组成，分别是镍涂层、SiC泡沫、SiC增密的碳纤维预制体和SiC涂层。它们通过原子间作用力相互结合，形成一种管状结构。镍涂层位于管状结构的最外层，附着SiC泡沫表面，厚度为0.8mm。SiC泡沫与SiC增密的碳纤维预制体构成管状结构的主体，厚度分别为4mm和1mm。SiC涂层位于SiC管的内表面，是管状结构的最内层，厚度为0.2mm。
实施例2
一种陶瓷基混杂复合材料及其结构，该材料由四层不同材料组成，分别是镍涂层、SiC泡沫、SiC增密的碳纤维预制体管和SiC涂层。它们通过原子间作用力相互结合，形成一种管状结构。镍涂层位于管状结构的最外层，附着SiC泡沫表面，厚度为0.6mm。SiC泡沫与SiC增密的碳纤维预制体构成管状结构的主体，厚度分别为5mm和2mm。SiC涂层位于SiC管的内表面，是管状结构的最内层，厚度为0.5mm。
上述仅为本发明两个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (1)
1.一种陶瓷基混杂复合材料，是一种管状结构，其特征在于该管材由外到内依次是厚度为0.5～3mm的镍层、厚度为1～5mm的SiC泡沫、厚度为0.5～5mm的SiC增密碳纤维预制体和厚度为0.1mm～0.5mm的SiC层。
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