[发明专利]一种SiC纤维增强难熔合金复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种SiC纤维增强难熔合金复合材料及其制备方法和应用。本发明采用磁控溅射技术在带有C涂层的连续SiC纤维表面沉积多层扩散障涂层和难熔合金层，本发明中使用多层扩散障涂层很好的阻挡SiC和难熔合金基体之间的扩散，优化了界面结合强度，有效地阻碍了界面扩散反应的发生，提高了复合材料的力学性能和耐高温性能，所得SiC纤维增强难熔合金复合材料能够应用于耐高温材料中。并且本发明提供的制备方法工艺简单，可控性好，生产效率高，制备成本低，保证扩散障涂层单层厚度可调，周期可调，能够实现高性能金属基复合材料的制备。

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种SiC纤维增强难熔合金复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着航空航天技术的发展，航空飞行器对结构件性能要求日益提高，通常不仅要求材料具有优异的力学性能，还需要良好的耐高温性能。传统的难熔金属及其合金，由于其高熔点、高硬度、高强度等独特的性能，广泛应用于高温环境中，但是其高温强度较差，并不能满足作航空飞行器结构件的需求。

利用SiC纤维增强难熔合金复合材料增强高温合金性能，是一种广泛应用的方法，该种方法将SiC纤维引入合金基体，将SiC纤维单丝的高强度、高刚度和优良的抗蠕变性能与金属的优异力学性能相结合，不仅能减少材料的密度，还可以有效提升合金的使用温度。但SiC纤维与难熔合金在热等静压成型时需要很高的温度，会产生剧烈的界面反应，极大地影响了SiC纤维增强难熔合金的力学性能。

因此，如何避免SiC纤维与难熔合金之间的界面反应是金属基复合材料技术领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种SiC纤维增强难熔合金复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的SiC纤维增强难熔合金复合材料提高了SiC与难熔合金基体之间的结合力，有效地阻碍了SiC纤维与难熔合金基体之间的界面反应，使复合材料具有较高的力学性能和耐高温性能。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种SiC纤维增强难熔合金复合材料，包括带有C涂层的连续SiC纤维、设置在带有C涂层的连续SiC纤维表面的多层扩散障涂层和设置在多层扩散障涂层表面的难熔合金层；

所述多层扩散障涂层包括若干个扩散障单元，单个扩散障单元包括金属层和设置在金属层表面的金属氮化物层；所述扩散障单元的个数≥1，当所述扩散障单元的个数＞1时，各个扩散障单元叠加设置；

所述金属层和金属氮化物层中的金属元素为过渡族金属。

优选地，所述难熔合金层为NbW、TaW和NbTaW中的一种。

优选地，所述金属层的厚度为20～1000nm；所述金属氮化物层的厚度为20～1000nm。

优选地，所述扩散障涂层的总厚度优选为2～5μm，所述多层扩散障涂层中扩散障单元的个数为1～100个。

本发明还提供了上述方案所述的SiC纤维增强难熔合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在氩气条件下，采用过渡金属为靶材，在带有C涂层的连续SiC纤维表面进行磁控溅射，得到金属层；

(2)在氮气-氩气混合气体条件下，采用过渡金属为靶材，在所述金属层表面进行磁控溅射，得到金属氮化物层；

(3)依次重复磁控溅射制备金属层和磁控溅射制备金属氮化物层的步骤，重复次数≥0次，得到多层扩散障涂层；

(4)在氩气条件下，采用难熔金属为靶材，在所述多层扩散障涂层表面进行磁控溅射，得到SiC纤维增强难熔合金复合材料。

优选地，所述步骤(1)、(2)和(4)中氩气的通入量为50～80sccm。