[发明专利]夹层复合材料衬底

说明书

本发明的名称为夹层复合材料衬底。公开了一种配置用于复合材料衬底表面的夹层，所述夹层在衬底表面和最内夹层表面的界面处具有更高浓度的至少一种第一化学元素和在最外夹层表面处具有更高浓度的至少一种第二化学元素。公开了形成夹层以及为所述复合材料提供功能性质的方法。

技术领域

本公开涉及配置用于复合材料衬底表面的夹层，该夹层具有在衬底表面和最内夹层表面的界面处的较高浓度的至少一种第一化学元素和在最外夹层表面处的较高浓度的至少一种第二化学元素。公开了形成夹层和提供功能性质至所述复合材料的方法。

背景技术

尽管具有高强度，碳-碳复合材料（例如，碳纤维增强的聚合物 (CFRP)）具备低耐磨性、低导热性和导电性，这限制了它们在要求高的应用中的使用。此外，碳-碳复合材料在高温应用中的使用由于易于氧化等其它缺点的固有问题而被限制。为了解决主要涉及CFRP的表面特性的当前问题，可施加不同表面涂层。但是，涂覆（例如，热喷涂技术(thermalspray coating technology)）CFRP表面涂层的主要挑战之一是用于CFRP中的环氧树脂(epoxy)的降解。许多含有有机和无机材料的混合物的复合材料在涂覆过程中可被损坏或其它方式被改变。这对于其它方式提供给复合材料增强性质的高能/高温涂覆过程是尤其真实的。因此，许多复合材料不能够用于更多要求高的应用中。

为了解决氧化，已经展现了功能梯度材料(functionally graded material)（FGM）的概念。因而，任何用于CFRP保护的表面涂层需要展现良好的粘合性和改进的功能性。实现良好的粘合性和改进的功能性的一个技术是以在与CFRP接触的第一层中具有良好的粘合性以及在最外层中具有改进的功能性（例如，耐磨性）的方式对涂覆材料（FGM）的化学性（chemistry）进行分级。但是，由于控制梯度的困难，FGM常常用作薄膜涂层，而不是块状-FGM，并且FGM已经被证实主要用于金属衬底。其它限制包括在这些复合材料上的热喷涂层的弱粘合性。在这些复合材料上的不同材料的涂覆一般需要等离子处理和/ 或表面的蚀刻、化学和/或机械处理，其中每个处理都有缺点和/或增加了达到制成品(finishedarticle)的成本和加工时间。

发明内容

根据本公开的方面，提供了在衬底表面上沉积夹层的方法，该方法包括提供具有表面的衬底；以及在表面上沉积夹层，该夹层具有包括第一成分的邻近衬底层，以及包括第二成分的邻近表面层，第二成分具有不同于第一成分的化学成分。

有利地，该夹层从邻近衬底层到邻近表面层具有至少一种化学元素的不同化学浓度梯度。

有利地，单独或组合地，至少一种化学元素的浓度在邻近衬底层中高于在邻近表面层中。

有利地，单独或与任何先前方面组合地，该方法进一步包括在沉积步骤中调整与夹层相关的化学元素中的至少一种的浓度的步骤。

有利地，单独或与任何先前方面组合地，至少一种化学元素是碳、氧、氮、硫或卤素中的一种或多种。

有利地，单独或与任何先前方面组合地，至少一种化学元素是碳和氧。

有利地，单独或与任何先前方面组合地，夹层基本上为碳氧化硅 (siliconoxycarbide)。

有利地，单独或与任何先前方面组合地，衬底为复合材料。

有利地，单独或与任何先前方面组合地，复合材料为纤维增强聚合物。

有利地，单独或与任何先前方面组合地，复合材料为碳纤维增强聚合物。

在另一方面，提供了配置用于沉积在复合材料聚合物衬底表面上的夹层，其含有：具有至少一种化学元素或分子的第一化学成分的邻近衬底层；以及包括第二化学成分的邻近表面层，第二化学成分具有或多或少的不同于邻近衬底层的至少一种化学元素或分子。