[发明专利]耐火复合材料

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年11月23日提交的美国临时申请系列号 No.60/739192的权益，在此全文引入。

背景技术

碳化硅纤维(SiC)在碳基质中的复合材料已经被生产出来并成功 用于飞行器挡板和加力燃烧室上的密封。这些复合材料采用包含一些氧 的无定形碳化硅纤维，市场上可以从Nippon Carbon以陶瓷级纤维获得。这种类型的复合材料公开在美国专利No.5759688中，其在 此就象在下面完整地记载了那样通过结合引入。

由于无定形增强纤维的耐热性有限，所以这些复合材料的最大工作 温度为1371℃(2500°F)。为了在这些温度操作，所述复合材料通常通 过化学气相沉积涂覆有SiC(CVD/SiC)并可以施上外部密封剂。测试 表明，由于CVD涂层和无定形碳化硅纤维增强碳复合材料之间的界面 键合的性质，在延长的热循环和/或盐雾暴露中可能发生涂层剥落。

发明内容

提供了耐火复合材料制品，其抗氧化性强于抑制的碳/碳复合材料 (inhibited carbon/carbon composite material)，包含连续多晶化学计量 SiC增强纤维在含有氧化抑制剂的抑制碳基质(inhibited carbon matrix) 中的复合物，所述复合物具有SiC包裹硬化涂层(pack cementation coating)。

提供了耐火复合材料制品，其包括在抑制碳基质中的多个连续多晶 化学计量碳化硅增强纤维，其中所述碳基质包括含有氧化抑制剂化合物 的有机树脂，和其中所述有机树脂已经经过了碳化以及随后通过至少碳 的化学气相渗透进行致密化以形成碳化硅纤维增强碳复合材料，其中所 述碳化硅纤维增强碳复合材料涂覆有SiC包裹硬化涂层来形成所述耐火 复合材料。

提供了用于结构应用的净成型复合材料(net shaped composite material)，其抗氧化性强于抑制的碳/碳复合材料，包括在含有氧化抑 制剂的抑制碳基质中的多个连续多晶化学计量SiC增强纤维，通过如下 形成：用有机树脂浸渍纤维并存放起来以形成预浸渍制品(prepreg)， 成型并固化所述预浸渍制品以形成叠层制品，将所述成型的叠层制品碳 化以形成碳化的部件，并通过化学气相渗透使所述碳化部件致密化以形 成元件，其中在碳化之前，所述有机树脂含有氧抑制剂化合物；和其中 所述元件涂覆有SiC包裹硬化涂层。

附图说明

所述附图是具有包裹硬化涂层的SiC纤维增强碳基质复合材料试样 的剖面光学显微照片。

具体实施方式

现在已经发现，采用多晶化学计量SiC纤维和相同或相似的碳基质 将耐火复合材料的最大工作温度延展到1649℃(3000°F)以上，同时保 持其大部分的机械性能。这些多晶SiC增强纤维的更好的热稳定性使得 可以通过反应性包裹物(reactive pack)施加SiC涂层(也即，包裹硬化 涂层)，由此改善界面键合和抗涂层剥落。这些多晶SiC纤维的较高的 热膨胀系数(CTE)和反应性包裹物衍生的包裹硬化涂层的CTE更好地 匹配，用于减少涂层中冷却裂纹的形成。

在静态氧化测试中，涂覆有反应性包裹物的底材在538℃(1000°F)、 816℃(1500°F)或者1093℃(2000°F)的任一温度在8小时暴露中显 示出极其轻微的重量增益(大约1g/m²)。在1649℃(3000°F)下降性 循环测试中，涂覆有反应性包裹物的复合材料在60小时(3个循环)内 仅仅显示很小的重量增益(大约14g/m²)，证明了该带涂层的复合材料 在超音速运载工具应用中的适用性。

由于其构成单元的热相容性及其简单性，该涂覆有反应性包裹物 的、多晶化学计量SiC纤维增强的碳基质复合体系具有性能优势。反应 性的包裹涂层使表面基质转化为碳，由此和底材具有很好的粘附性。由 于具有基本没有裂纹的表面，所以不要求外部密封剂，并且在底材基质 中可以使用较少的抑制剂。预期玻璃形成会最小化。所有这些因素有助 于减少涂层剥落的发生率。