CN103724028B - 一种在1600℃以下长期使用的金属陶瓷基复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在1600℃以下长期使用的金属陶瓷基复合材料，其特征在于以金属丝混合无机纤维编织成预成型体，先在预成型体表面渗透沉积碳界面层，再利用CVI技术进行陶瓷基体的制备，最终形成金属陶瓷基复合材料。其中，无机纤维为碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维或它们的混合纤维，直径为5～7μm；金属丝为铂金丝或铂铑合金丝，直径为0.05～1.0mm；陶瓷基体为碳化硅、碳化硅与碳的混合基体或碳化锆与碳的混合基体。所述的预成型体中无机纤维含量为10～50％，预成型体的体积占复合材料总体积的50～70％。该陶瓷基复合材料具有优异的高温抗氧化性能，可以在1600℃以下长期使用。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域，特别是涉及一种在1600℃以下长期使用的金属陶瓷基复合材料。
背景技术
由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。纤维增强陶瓷基复合材料是出现较晚的一种复合材料，具有高强度和高韧性的特点，在航空航天、国防等领域得到广泛应用。陶瓷基复合材料的发展受到纤维发展的制约，纤维对复合材料的性能起着重要作用，纤维的热稳定性、高强度、高模量、低密度等都是影响复合材料性能的重要因素。
目前，增强陶瓷用纤维大多是直径为几微米至几十微米的多晶材料或非晶材料，如玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等，它们能与陶瓷基体很好地结合，产生良好的增强补韧效果。但是，这些多晶或非晶纤维高温不耐氧化，相关性能在高温环境中大打折扣，制约了复合材料的使用范围和高温寿命。
公开(公告)号为1288874的中国发明专利公开了一种纤维束增强的陶瓷基质复合材料，这种复合材料含有两种不同平均长度的纤维束，即增强纤维束和基质纤维束，其特征在于部分纤维束含有至少一层保护层，并对其几何尺寸分布做出了特殊的选择。该复合材料具有良好的高温性能，特别适用于有大的温度应力的场合。
公开(公告)号为101693628A的中国发明专利公开了一种纤维增强ZrC陶瓷基复合材料的制备方法，用于改善C/C复合材料的抗高温氧化性能。该专利采用熔体浸渗法，将高纯度的Zr粉与蒸馏水和聚乙烯醇按比例混合均匀后，涂覆在C/C复合材料的表明，在高温下于保护气氛中进行熔体浸渗，得到纤维增强ZrC陶瓷基复合材料。
发明内容
本发明提供一种在1600℃以下长期使用的金属陶瓷基复合材料，由无机纤维、金属丝和陶瓷基体组成。以金属丝混合无机纤维编织成预成型体，先在预成型体表面渗透沉积碳界面层，再利用CVI技术进行陶瓷基体的制备，最终形成金属陶瓷基复合材料。
本发明所述的无机纤维为碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维或它们的混合纤维，直径为5～7μm。金属丝为铂金丝或铂铑合金丝，直径为0.05～1.0mm。陶瓷基体为碳化硅、碳化硅与碳的混合基体或者碳化锆与碳的混合基体。碳界面层由层状结构的碳组成，厚度为0.3～1.0μm。
本发明所述的预成型体是以无机纤维与铂金丝或铂铑合金丝混合编织而成，它们可以通过三维技术编织成立体织物，或者先编织成二维布，布再缠绕成筒或其它三维形状。无机纤维与铂金丝或铂铑合金丝可以是合股混捻或者并丝成束后再编织。其中，预成型体中无机纤维含量为10～50％，预成型体的体积占复合材料总体积的50～70％。
铂金、铂铑合金的熔点高达1800多摄氏度，长期使用温度在1600℃以上，其具有良好的强度、韧性，易于编织成型。由于其极好的高温抗氧化性能，与碳纤维混编后可在1600℃以下的高温条件下长期使用，并保持良好的使用性能。其中，碳界面层不仅可以作为阻挡层，还能起到传递载荷、偏转裂纹和缓解热失配的作用。
本发明的主要优点是：①该金属陶瓷基复合材料以铂金丝或铂铑合金丝混编碳纤维作为增强补韧相，提高了纤维材料的高温氧化性能和复合材料的整体韧性，提供了一种可以在1600℃下长期使用的高性能复合材料；②利用CVI技术，能在低压、低温下进行界面层和基体的制备，材料内部残余应力小，纤维受损伤小，最大程度上保持了各基体材料的优异性能；③混合纤维先编织成预成型体然后再进行涂层，可以避免编织工序对涂层造成的损害，并且简化了涂层设备，即界面层和陶瓷基体共用CVI设备；④界面层将混合纤维预成型体与陶瓷基体紧密结合，其层状结构可以有效地缓冲载荷和偏转裂纹等；⑤可以实现微观尺度上的成分设计，能制备出形状复杂和纤维体积分数高的近尺寸部件。
附图说明
图1为本发明所述金属陶瓷复合材料的结构示意图。
图示10为预成型体；20为层状碳界面层；30为陶瓷基体。
图2为本发明所述金属陶瓷复合材料的截面示意图。
图示11为预成型体；12为层状碳界面层；13为陶瓷基体。
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
将40％的碳纤维、60％的铂铑合金丝合股混捻，通过三维编织技术编织成立体形状的预成型体，控制纤维含量为50％；通过CVI法制备碳界面层，通过相关工艺参数控制界面层厚度为0.3μm；再在相同的CVI设备中，以三氯甲基硅烷为前驱体，在适当的条件下分解出SiC将预成型体缝隙密实填充，形成碳纤维和铂铑合金丝增强的金属陶瓷复合材料。
实施例2
将30％的碳化硅纤维、70％铂铑合金丝并丝成束，先编织成二维布，布再缠绕成筒或其它三维形状，控制纤维含量为60％；通过CVI法制备碳界面层，通过相关工艺参数控制界面层厚度为0.5μm；再在相同的CVI设备中，进行碳化硅与碳的混合基体的制备，随着CVI过程的反复进行，纤维之间的孔隙逐渐密实填充，最终形成碳化硅纤维和铂铑合金丝增强的金属陶瓷复合材料。
实施例3
将20％的氧化铝纤维、20％的铂金丝和60％的铂铑合金丝并丝成束，先编织成二维布，布再缠绕成筒或其它三维形状，控制纤维含量为70％；通过CVD法制备碳界面层，通过相关工艺参数控制界面层厚度为1.0μm；再通过CVI技术进行碳化锆与碳的混合基体的制备，随着CVI过程的反复进行，纤维之间的孔隙逐渐密实填充，最终形成碳化氧化铝纤维和铂金丝增强的金属陶瓷复合材料。
上述仅为本发明的三个具体实施方式，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)
1.一种在1600℃以下长期使用的金属陶瓷基复合材料，由无机纤维、金属丝和陶瓷基体组成，其特征在于以金属丝混合无机纤维编织成预成型体，先在预成型体表面渗透沉积碳界面层，再利用CVI技术进行陶瓷基体的制备，最终形成金属陶瓷基复合材料；所述的预成型体是以无机纤维与铂金丝或铂铑合金丝混合编织而成，它们通过三维技术编织成立体织物，或者先编织成二维布，布再缠绕成筒或其它三维形状，无机纤维与铂金丝或铂铑合金丝合股混捻或并丝成束后再编织，所述的预成型体中无机纤维的含量为10～50％，预成型体的体积占复合材料总体积的50～70％；所述的无机纤维为碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维，直径为5～7μm；所述的金属丝为铂金丝或铂铑合金丝，直径为0.05～1.0mm；所述的陶瓷基体为碳化硅、碳化硅与碳的混合基体或碳化锆与碳的混合基体。
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Citations (1)
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