[发明专利]复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，具体而言，本发明涉及一种复合材料及其制备方法。

背景技术

热障涂层沉积在耐高温金属或超合金的表面，能在高温载荷下，形成沿涂层厚度的高温梯度，减弱向基体的传热，降低基体的工作温度，提高基体的抗高温氧化、抗腐蚀和抗磨损性能，对基底材料起到隔热作用。热障涂层是目前可以大幅度提高航空发动机工作温度的一种切实可行的方法。曹学强等人对热障涂层研究多年后提出了双陶瓷层热障涂层的概念，这种设计可以综合两种不同材料的优点而克服它们的缺点，可以大大延长涂层的热循环寿命，并能提高涂层的使用温度，这是未来发展使用温度超过1473K的高温热障涂层的最有效途径。科技日报日前报道，中科院长春应化所在热障涂层的设计思路、失效机理以及新型热障涂层材料研发等方面取得重要进展，设计并成功制备出了使用温度≥1250℃的双陶瓷层热障涂层材料。

然而，目前关于双陶瓷层热障涂层材料的研究国内外还处于初步发展阶段，因此，对于如何获得优良性能的涂层还有待进一步研究。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种复合材料及其制备方法，该复合材料具有优良的抗热震性能，从而使得其使用寿命明显提高。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种复合材料，包括：

基体；

粘结层，所述粘结层形成于所述基体的表面上；

第一陶瓷层，所述第一陶瓷层形成于所述粘结层的表面上；以及

第二陶瓷层，所述第二陶瓷层形成于所述第一陶瓷层的表面上，

其中，

所述第一陶瓷层含有5.66wt％的陶瓷纤维、7.55wt％的Y₂O₃和86.79wt％的ZrO₂，

所述第二陶瓷层含有5.66wt％的陶瓷纤维、7.55wt％的La₂O₃、6.94wt％的Y₂O₃和79.85wt％的ZrO₂。

根据本发明实施例的复合材料具有优良的抗热震性能，从而显著提高其使用寿命。

另外，根据本发明上述实施例的复合材料还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述基体含有Cr、Ni和Ti。

在本发明的一些实施例中，所述粘结层为NiCrCoAl合金。

在本发明的一些实施例中，所述NiCrCoAl合金含有：4.0～8.0wt％的Al；16.0～20.0wt％的Cr；10.0～12.0wt％的Co；以及剩余的Ni。

在本发明的一些实施例中，所述复合材料进一步包括第一过渡层，所述第一过渡层形成于所述粘结层和所述第一陶瓷层之间，并且所述第一过渡层含有50wt％的所述NiCrCoAl合金和50wt％的第一粉末，其中所述第一粉末含有5.66wt％的陶瓷纤维、7.55wt％的Y₂O₃和86.79wt％的ZrO₂。由此，可以缓解第一陶瓷层与粘结层因热膨胀系数不同而引起的热应力，从而延长整个涂层的的使用寿命。

在本发明的一些实施例中，所述复合材料进一步包括第二过渡层，所述第二过渡层形成于所述第一陶瓷层和所述第二陶瓷层之间，并且所述第二过渡层含有50wt％的所述第一粉末和50wt％的第二粉末，其中所述第二粉末含有5.66wt％的陶瓷纤维、7.55wt％的La₂O₃、6.94wt％的Y₂O₃和79.85wt％的ZrO₂。由此，可以缓解第一陶瓷层与第二陶瓷层因热膨胀系数不同而引起的热应力，从而延长整个涂层的的使用寿命。

在本发明的一些实施例中，所述粘结层、所述第一过渡层、所述第一陶瓷层、所述第二过渡层和所述第二陶瓷层的厚度分别独立的为100～150微米。由此，可以进一步提高复合材料的抗热震性能。

在本发明的另一个方面，本发明提出了一种制备上述复合材料的方法，包括：

(1)提供基体；

(2)利用溶胶-凝胶法和静电纺丝制备陶瓷纤维；

(3)采用高能球磨机将所述陶瓷纤维分别与第一陶瓷粉末和第二陶瓷粉末进行混合，以便分别得到第一混合物和第二混合物；