[发明专利]陶瓷复合材料及其制造方法有效

专利信息
申请号: 201780039321.4 申请日: 2017-06-22
公开(公告)号: CN109415267B 公开(公告)日: 2022-04-15
发明(设计)人: 斯蒂芬·克诺尔;沃尔特·克伦克尔;乔治·普查斯;托马斯·瓦姆泽 申请(专利权)人: 拜罗伊特大学
主分类号: C04B35/111 分类号: C04B35/111;B28B1/40;B28B19/00;B32B18/00;C04B35/119;C04B35/14;C04B35/185;C04B35/44;C04B35/486;C04B35/488;C04B35/505;C04B35/52;C04B35/565;C0
代理公司: 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201 代理人: 宋融冰
地址: 德国拜*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 陶瓷 复合材料 及其 制造 方法
【说明书】:

提出用于陶瓷复合材料的预浸料、借助于预浸料制造生坯的方法以及由根据本发明制得的生坯来制造陶瓷复合材料的方法。本发明的方法包含有如下步骤:a)用浆液浸渍陶瓷纤维组织,该浆液包括如下组成部分:(i)参照浆液的总体积,10~40体积%的陶瓷颗粒,(ii)醇有机溶剂,其选自于:(ii‑1)参照浆液中的陶瓷颗粒的总重量,21~35重量%的甘油,和(iii)水;b)减少浸渍的纤维组织中的浆液的含水量,以便得到用于陶瓷复合材料的预浸料;c)由一个或多个根据步骤b)得到的预浸料提供成型的复合材料;d)通过减少含水量和醇有机溶剂的含量来固化成型的复合材料,从而得到生坯。

技术领域

本发明涉及材料特别是陶瓷的纤维增强的复合材料的材料和工艺研发。相关地提出用于陶瓷复合材料的预浸料、借助于预浸料制造生坯的方法以及由根据本发明制得的生坯来制造陶瓷复合材料的方法。

背景技术

单体陶瓷通常易碎断裂。对于陶瓷的纤维增强的复合材料(复合物),通过纤维与周围的基质的复合,得到韧性的或准韧性的断裂特性(例如EP1645410 A2或DE102010055221A1)。陶瓷复合材料由陶瓷纤维(例如C、SiC、Al2O3、莫来石)和陶瓷基质(例如C、SiC、Al2O3、莫来石)构成。

作为纤维增强物,通常采用耐高温的连续纤维束,其由多达50000根单丝线构成。该复合物的断裂特性有针对性地通过调整纤维-基质-键予以调节。重要的是,裂纹不会通过基质传导到纤维中,而是出现能量耗散效应,比如裂纹分叉、裂纹转向或纤维拔出。一种广为流行的设计规定了纤维涂层,用于调节纤维-基质-键。另一方案是,把纤维嵌入到多孔的弱性基质中。由于基质的高孔隙度和由此减小的基质硬度,出现了所述的能量耗散效应,其导致准韧性的断裂特性。

通常通过利用浆液、前体物、聚合物或金属熔融物浸渍纤维粗纱或纤维结构来合成基质。通过超过1000℃的热处理,形成基质。基质必须具有足够的强度,从而在各纤维丝线之间出现力传递。EP1734023 A1和EP1734024 A1公开了用于制造陶瓷的纤维增强的复合材料的浆液,其含有经特殊处理或选取的氧化物陶瓷粉末,并且可以没有有机粘结剂。

在制造陶瓷复合材料时的挑战是,调节出均匀的、高的纤维体积含量(尽可能超过25%(体积))和构建均匀的(尽管多孔的)包围纤维的基质。高的纤维体积含量和均匀的基质有利于实现所希望的特性,比如超过50MPa的抗弯强度和准韧性的断裂特性。

在合成陶瓷基质时必须注意,该基质在烧结期间只应略微减弱,并且需要完全浸渍纤维束,以便实现所希望的准韧性的断裂特性。因此在基于水状的浆液传统地制造陶瓷复合材料时,人们试图通过在浸渍纤维时浆液的高的固体含量来实现高的压坯密度,进而实现低的烧结减弱。然而,浆液的粘稠度随着固体含量的提高而同样增高,这使得完全浸渍纤维束或由此制得的半成品(例如织造织物)变得很困难。

一种用来调节出高的压坯密度的可行方案是,用固体含量少的低粘稠度的浆液浸渍纤维结构,随后通过事先干燥而局部地去除水分。事先干燥可以通过装载在干燥柜中进行,直至去除所希望的水含量。

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