碳纤维、陶瓷基体复合材料以及制造方法和设备与流程

专利2025-07-02  11


本公开总体上涉及涂覆材料,并且更具体地涉及多层的涂覆有纳米颗粒的纤维材料的制造方法和设备。


背景技术:

1、通过已知的制造方法制造的包含一个或更多个涂覆层的材料(例如涂覆纤维)易出现一个或更多个涂覆层不均匀。

2、例如,纤维上的热解碳(pyc)涂层易于出现一个或更多个涂层不均匀,从而导致当涂覆纤维与陶瓷基体组合以制造陶瓷基体复合材料(cmc)时,复合材料强度是可变的。cmc中的pyc涂层的目的是在基体与纤维之间产生弱界面,以允许纤维在某些负荷下相对于基体移动,从而允许复合材料变形并承载比用强纤维-基体界面可能的更多的负荷。

3、此外,需要使用化学气相沉积(cvd)施加pyc涂层,该化学气相沉积需要专用装备和受控的温度和压力。

4、然而,pyc涂层的另一个缺点是不能连续施加这些涂层。必须使用分批处理,这意味着可被涂覆的纤维的长度受到cvd室的尺寸的限制。

5、结果是较高的制造成本和当使用cvd在纤维上施加pyc涂层时不能连续涂覆纤维,所述纤维随后与陶瓷基体结合以制造cmc。

6、尽管已经取得了进展,但是本领域技术人员在制造涂覆材料(例如用于制造cmc的涂覆纤维材料)的领域中继续进行研究和开发工作。


技术实现思路

1、公开了多层的涂覆有纳米颗粒的纤维的制造方法。

2、在一个示例中,所公开的制造方法包括:用第一类型的纳米颗粒涂覆纤维基材,以提供多层的涂覆有纳米颗粒的纤维材料的第一涂覆层。制造还包括:用第二类型的纳米颗粒涂覆第一涂覆层以提供多层的涂覆有纳米颗粒的纤维材料的第二涂覆层。

3、在另一示例中,所公开的制造方法包括处理多根纤维中的每一根的表面以将离子电荷极性赋予该表面。制造还包括:用具有与多根纤维中的每一根的表面的离子电荷极性相反的离子电荷极性的纳米颗粒涂覆多根纤维中的每一根的表面,以提供多层的涂覆有纳米颗粒的多根纤维的第一层。制造还包括:用具有与第一层的离子电荷极性相反的离子电荷极性的纳米颗粒涂覆第一层,以提供多层的涂覆有纳米颗粒的多根纤维的第二层。

4、还公开了根据制造方法制备的碳纤维和陶瓷基复合材料。

5、还公开了用于多层,纳米颗粒涂覆的纤维材料的制造设备。

6、在一个示例中,制造设备包括含有第一纳米颗粒基溶液的第一涂覆容器,基材能穿过该第一纳米颗粒基溶液以将纳米颗粒的第一涂层赋予到基材上。制造设备还包括含有第二纳米颗粒基溶液的第二涂覆容器,具有纳米颗粒的第一涂层的基材能穿过该第二纳米颗粒基溶液以将纳米颗粒的第二涂层赋予到涂覆有纳米颗粒的第一涂层的基材上并由此提供多层的涂覆有纳米颗粒的纤维材料。

7、根据下面的详细描述、附图和所附权利要求,所公开的制造方法和设备的其他示例将变得显而易见。



技术特征:

1.一种用于使用逐层纳米颗粒沉积系统(10)制造多层的涂覆有纳米颗粒的纤维材料(150)的制造方法(400),所述制造方法(400)包括:

2.根据权利要求1所述的制造方法(400),其中,所述第一类型的纳米颗粒(114)和所述第二类型的纳米颗粒(134)中的一者或两者包括高温纳米颗粒。

3.根据权利要求2所述的制造方法(400),其中:

4.根据权利要求1所述的制造方法(400),其中,逐层纳米颗粒沉积是以将纳米颗粒沉积到构成所述纤维基材(102)的纤维的表面上的方式进行的。

5.根据权利要求1所述的制造方法(400),其中,逐层纳米颗粒沉积是在环境或接近环境的条件下进行的。

6.根据权利要求1所述的制造方法(400),该制造方法还包括:

7.根据权利要求6所述的制造方法(400),其中,所述第一涂覆层(116)的单层和所述第二涂覆层(136)的单层中的每一个都具有5纳米至1000纳米的厚度。

8.一种碳纤维,该碳纤维是根据权利要求1所述的制造方法(400)制造的。

9.一种用于使用逐层纳米颗粒沉积系统(10)制造多层的涂覆有纳米颗粒的纤维材料(150)的制造方法(500),所述制造方法(500)包括:

10.根据权利要求9所述的制造方法(500),该制造方法还包括:

11.根据权利要求10所述的制造方法(500),其中,所述第一层(116)的单层和所述第二层(136)的单层中的每一个都具有在5纳米和1000纳米之间的厚度。

12.根据权利要求9所述的制造方法(500),该制造方法还包括:展开所述纤维基材(102)的多根纤维以最大化能用纳米颗粒涂覆的表面积。

13.根据权利要求9所述的制造方法(500),该制造方法还包括:干燥所述第一层(116)和所述第二层(136)中的每一个以改变所述多层的涂覆有纳米颗粒的纤维材料(150)的处理和使用性质的组合。

14.一种陶瓷基体复合材料,该陶瓷基体复合材料是根据权利要求9所述的制造方法(500)制造的。

15.一种多层的涂覆有纳米颗粒的纤维材料(150)的制造设备(100),所述制造设备(100)包括:

16.根据权利要求15所述的制造设备(100),其中:

17.根据权利要求15所述的制造设备(100),其中:

18.根据权利要求15所述的制造设备(100),其中,包含在所述第一涂覆容器(110)和所述第二涂覆容器(130)的每一个中的纳米颗粒选自石墨烯、bn、sin、tic和tio2的组合。

19.根据权利要求15所述的制造设备(100),该制造设备还包括:

20.根据权利要求19所述的制造设备(100),其中,所述纳米颗粒(114)的第一涂层的单层和所述纳米颗粒(134)的第二涂层的单层中的每一个都具有5纳米至100纳米的厚度。


技术总结
本公开涉及碳纤维、陶瓷基体复合材料以及制造方法和设备。提供了一种使用逐层纳米颗粒沉积系统制造多层的涂覆有纳米颗粒的纤维材料的制造方法。制造包括用第一类型的纳米颗粒涂覆纤维基材以提供多层的涂覆有纳米颗粒的纤维材料的第一涂覆层。制造还包括用第二类型的纳米颗粒涂覆第一涂覆层以提供多层的涂覆有纳米颗粒的纤维材料的第二涂覆层。

技术研发人员:T·K·特索特西斯
受保护的技术使用者:波音公司
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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