[发明专利]复合材料、制备复合材料的方法和预浸复合层

说明书

关于联邦资助研究的声明

在能源部(Department of Energy)授予的合约号DE-FC26-05NT42643下，在政府支持下完成本发明。政府对本发明具有某些权利。

发明领域

本发明总的涉及陶瓷，更具体地涉及陶瓷基质复合材料、形成陶瓷基质复合材料的方法和预浸复合层。

发明背景

在陶瓷基质复合材料的层压材料组件中，熔体浸渗过程使层压材料暴露于超过1000°F的温度。用于制备陶瓷基质复合材料所用层压材料的生产过程使可用于内部层压材料层的材料的选择局限于非有机材料。非有机材料(例如陶瓷)能承受高温，但是不如复合材料柔韧。内部材料上的结构和热载荷可能超过整体陶瓷应变限度，尤其是如果没有增强物可用于再分配应变载荷。由于过度应变，整体陶瓷填料易于破裂。使用单向CMC带，虽然其可耐破裂，但是当放置在结构或热相关的应变下时提高成本。

因此，本领域期望不遭受以上缺点的复合材料、制备复合材料的方法和预浸复合层。

发明概述

以下概述与初始要求保护的本发明的范围相应的某些实施方案。这些实施方案不旨在限制要求保护的本发明的范围，而是这些实施方案仅旨在提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包括可能类似于或不同于以下描述的实施方案的多种形式。

根据本公开的一个示例性实施方案，提供了一种复合材料。所述复合材料包括第一层、第二层和第三层。第一层包括至少一层单向带。第二层与第一层相邻，并且第二层包括至少一个复合层。第二层的所述至少一个复合层包括薄的连续基质层片，该片上具有多个无规取向的单向带片段。第三层与第二层相邻，并且第三层包括至少一层单向带。相对于包含所有单向层的复合材料，所述复合材料提供约15%-约20%强度，并且所述复合材料的弯曲长度基于Shirley刚度测试为3 cm-25 cm。

根据本公开的另一个示例性实施方案，提供了一种形成复合材料的方法。提供具有单向取向的第一层，并且第一层包括至少一层单向带。将具有无规纤维取向的第二层施用于第一层，第二层包括至少一个复合层，所述复合层包含薄的连续基质层片，该片上具有多个无规取向的单向带片段。将具有单向取向的第三层施用于第二层，并且第三层包括至少一层单向带。将第一层、第二层和第三层固化，以形成复合材料。相对于包含所有单向层的复合材料，所述复合材料提供约15%-约20%强度，并且陶瓷基质复合材料的弯曲长度基于Shirley刚度测试为3 cm-25 cm。

根据本公开的另一个示例性实施方案，提供一种预浸复合层。所述预浸复合层包括薄的连续基质层片，该片上具有多个无规取向的单向带片段。所述多个无规取向的单向带片段占据薄的连续基质层片的表面积的约50%-约99%。

本发明请求保护：

1. 一种陶瓷基质复合材料，所述复合材料包含：

包括至少一层单向带的第一层；

与该第一层相邻的第二层，所述第二层包括至少一个复合层，所述至少一个复合层包含薄的连续基质层片，该片上具有多个无规取向的单向带片段；和

与所述第二层相邻的第三层，所述第三层包括至少一层单向带，

其中相对于包含所有单向层的复合材料，该陶瓷基质复合材料提供约15%-约20%强度，并且该陶瓷基质复合材料基于Shirley刚度测试具有3 cm-25 cm的弯曲长度的弯曲比。

2. 项目1的陶瓷基质复合材料，其中所述第一层包括1-4层的单向带。

3. 项目1的陶瓷基质复合材料，其中所述第二层包括1-20个复合层。

4. 项目1的陶瓷基质复合材料，其中所述至少一个复合层的厚度为约127微米-约381微米。

5. 项目1的陶瓷基质复合材料，其中所述薄的连续基质层片选自与粘合剂混合的碳化硅粉末、与有机粘合剂混合的陶瓷粉末、环氧树脂、聚氨酯和它们的组合。

6. 项目1的陶瓷基质复合材料，其中所述多个无规取向的单向带片段各自具有约25.4毫米-约508.0毫米的长度。

7. 项目1的陶瓷基质复合材料，其中所述多个无规取向的单向带片段各自具有约25.4毫米-约203.2毫米的宽度。

8. 项目1的陶瓷基质复合材料，其中所述多个无规取向的单向带片段占据所述薄的连续基质层片的表面积的约50%-约99%。

9. 项目1的陶瓷基质复合材料，其中所述第三层包括1-4层预浸单向带。