[发明专利]增强复合材料、制造方法及其制品

说明书

本发明提供一种增强复合材料，其包括含有以下中的一种或多种：基于碳纤维的增强材料；基于玻璃纤维的增强材料；或基于金属的增强材料；或基于陶瓷的增强材料；碳复合材料；其中碳复合材料包括碳和粘合剂，粘合剂含有以下中的一种或多种：二氧化硅；硅；硼；三氧化二硼；金属；或金属合金；且其中，金属是以下中的一种或多种：铝；铜；钛；镍；钨；铬；铁；锰；锆；铪；钒；铌；钼；锡；铋；锑；铅；镉；或硒。

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2014年11月13日提交的美国专利申请第14/540177号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。

背景技术

石墨是碳的同素异形体，具有分层平面结构。在每一层中，碳原子通过共价键以六边形阵列或网状形式排列。然而，不同的碳层仅通过弱的范德华力而结合在一起。

由于石墨具有极佳的导热性和导电性、明亮度、低摩擦、以及高耐热性和耐腐蚀性，因此已经用于包括电子设备、原子能量、热金属加工、涂料、航空等在内的各种应用中。然而，石墨本质上是一种脆性材料，具有较差的耐受性和抗冲击性。石墨的低强度限制了其在具有较大或复杂负载要求的机械零件中的应用。因此，本行业一直都在接纳具有改善的机械性能的新型石墨材料。如果这种材料还具有改善的耐高温腐蚀性，那将会更加有利。

发明内容

在一个实施例中，通过一种增强复合材料来克服本领域中的上述和其它缺陷，这种增强复合材料包括一种增强材料，其包含有以下中的一种或多种：基于碳纤维的增强材料；基于金属的增强材料；基于玻璃纤维的增强材料或基于陶瓷的增强材料；以及碳复合材料；其中碳复合材料包括碳和粘合剂，该粘合剂含有以下中的一种或多种：二氧化硅；硅；硼；三氧化二硼；金属；或金属合金；且其中，该金属是以下中的一种或多种：铝；铜；钛；镍；钨；铬；铁；锰；锆；铪；钒；铌；钼；锡；铋；锑；铅；镉；或硒。还公开了一种含有增强复合材料的制品。

一种用于制造增强复合材料的方法，其包括：将增强材料以及含有碳和粘合剂的组合物交替地布置于模具中，以提供增强组合物；并在约350℃到约1400℃的温度、以及约500psi到约30000psi的压力下对增强组合物进行压缩，以形成增强复合材料。

在另一个实施例中，一种用于制造增强复合材料的方法包括：将增强层叠压到碳复合材料上，以提供增强组合物；并在约350℃到约1400℃的温度、以及约500psi到约30000psi的压力下对增强组合物进行压缩，以形成增强复合材料。

在又一个实施例中，一种用于制造增强复合材料的方法包括：在约350℃到约1400℃的温度、以及约500psi到约30000psi的压力下对包含碳复合材料和增强材料的增强组合物进行压缩，以形成增强复合材料。

附图说明

以下描述无论如何都不应被视为限制。参照附图，相似的元件被相似地标记：

图1是含有在室温和大气压下混合的膨胀石墨和微米或纳米尺寸的粘合剂的组合物的扫描电子显微镜(“SEM”)图像；

图2是根据本发明的一个实施例的由膨胀石墨和微米或纳米尺寸的粘合剂在高压和高温条件下形成的一种碳复合材料的SEM图像；

图3是根据本发明的另一个实施例的碳显微结构的SEM图像；

图4是根据本发明的一个实施例的一种碳复合材料的示意图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的增强复合材料的一种制作工艺，其中图5(a)示出了含有波形碳纤维以及石墨和粘合剂组合的增强组合物；图5(b)示出了一种具有交替的碳复合材料层和波形碳纤维层的叠压结构；以及图5(c)示出了一种增强复合材料；以及