本實(shí)用新型涉及復(fù)合膜以及纖維增強(qiáng)復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多層復(fù)合膜，以及將該多層復(fù)合膜用于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中構(gòu)成的連接結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，例如碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與碳化硅纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等，具有密度低，高熱導(dǎo)，低熱膨脹系數(shù)，以及在高溫下良好的抗熱震性和優(yōu)異的耐磨性質(zhì)，被認(rèn)為是火箭防護(hù)罩、噴管及航天飛行器剎車片的候選材料之一。同時(shí)，由于其較低的中子活性，在核聚變/裂變堆用結(jié)構(gòu)材料方面也具有廣闊的應(yīng)用前景。

在實(shí)際應(yīng)用中，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的形狀通常比較復(fù)雜，且尺寸較大，但是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，尤其是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料或碳化硅纖維增強(qiáng)復(fù)合材料均較硬且脆，因此，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的加工比較困難。采用較小尺寸的復(fù)合材料連接成較大尺寸復(fù)雜形狀的器件是解決纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加工難問(wèn)題的方法之一。

目前，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的連接主要采用機(jī)械連接，或以金屬材料為焊接層實(shí)現(xiàn)連接。但是作為火箭噴管或者核反應(yīng)堆中的結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用，機(jī)械連接密封性差，金屬焊接層耐高溫耐腐蝕性差等缺點(diǎn)難以克服。

碳化硅具有優(yōu)異的耐輻照和耐腐蝕性能，是高溫條件下應(yīng)用的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料焊接層候選材料之一。已有文獻(xiàn)報(bào)道采用碳化硅作為焊接層連接纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，但大都是直接用碳化硅或者添加氧化鋁、氧化釔等氧化物作為燒結(jié)助劑連接特種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，通常需要較高溫度以及較長(zhǎng)保溫時(shí)間。而且氧化物燒結(jié)助劑耐輻照性能較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種新型結(jié)構(gòu)的多層復(fù)合膜。

本實(shí)用新型提供的多層復(fù)合膜呈左右層疊結(jié)構(gòu)，如圖1所示，沿著層疊方向，依次由第一硅層、碳化硅層以及第二硅層組成。

所述的第一硅層的厚度可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，作為優(yōu)選，沿著層疊方向，所述的第一硅層厚度為納米量級(jí)。進(jìn)一步優(yōu)選，所述的第一硅層的厚度為10nm～1000nm。

所述的第二硅層的厚度可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，作為優(yōu)選，沿著層疊方向，所述的第二硅層厚度為納米量級(jí)。進(jìn)一步優(yōu)選，所述的第二硅層的厚度為10nm～1000nm。

作為優(yōu)選，沿著層疊方向，所述碳化硅層的厚度為500nm～500μm。

所述的碳化硅層包括純碳化硅層，以及碳化硅為基體的復(fù)合材料層，例如，碳化硅顆粒復(fù)合鈦硅碳層、碳化硅晶須復(fù)合鈦硅碳層、碳化硅纖維復(fù)合碳化硅層、碳纖維復(fù)合碳化硅層、碳化鈦復(fù)合碳化硅層等中的一種或者兩種以上的混合。

可以采用如下方法制備上述多層復(fù)合膜，包括如下步驟：

(1)在基體表面制備第一硅層；該制備方法不限，包括物理氣相沉積(PVD)法，化學(xué)氣相沉積(CVD)法，噴涂法，電鍍法以及流延法等；

(2)在第一硅層表面制備碳化硅層；該制備方法不限，包括PVD法，CVD法，噴涂法，電鍍法以及流延法等；

(3)在碳化硅層表面制備第二硅層；該制備方法不限，包括PVD法，CVD法，噴涂法，電鍍法以及流延法等；

(4)去除基體。

本實(shí)用新型提供的多層復(fù)合膜可用于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料之間，構(gòu)成連接纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的連接結(jié)構(gòu)，即將該多層復(fù)合膜作為連接材料而夾置在待連接的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料之間，利用外部熱源加熱連接的方式(即，使連接界面達(dá)到一定溫度(即連接溫度))，通過(guò)所述連接材料將待連接的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料連接在一起。

所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料包括碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料以及碳化硅纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等。所述的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料包括但不限于碳纖維增強(qiáng)碳復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)鈦硅碳復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)碳化鈦復(fù)合材料等中的一種或者兩種以上的混合。所述的碳化硅纖維增強(qiáng)復(fù)合材料包括但不限于碳化硅纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料、碳化硅纖維增強(qiáng)鈦硅碳復(fù)合材料、碳化硅纖維增強(qiáng)碳化鈦復(fù)合材料等中的一種或者兩種以上的混合。

上述連接結(jié)構(gòu)中，所述的外部熱源加熱連接的方式不限，包括無(wú)壓加熱連接與熱壓連接。所述加熱方式不限，包括電場(chǎng)輔助加熱，微波場(chǎng)輔助加熱等。

上述連接結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)高活性納米硅層與待連接的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料直接相連，利用高活性納米硅層提高纖維增強(qiáng)復(fù)合材料界面表面能，增加其反應(yīng)活性，有利于待連接材料與連接層之間的燒結(jié)致密化；

(2)在高活性納米硅層之間設(shè)置耐高溫耐腐蝕耐輻照性能優(yōu)良的碳化硅層，可彌補(bǔ)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的表面缺陷，大大降低規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用中特種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的表面加工精度，可提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型中多層復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的多層復(fù)合膜作為連接材料連接纖維增強(qiáng)復(fù)合材料時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1中連接后的碳纖維增強(qiáng)碳復(fù)合材料的界面背散射掃描電鏡照片；

圖1、2中的附圖標(biāo)記為：碳化硅層1，第一硅層2，第二硅層3，連接層4，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料5。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述，需要指出的是，以下所述實(shí)施例旨在便于對(duì)本實(shí)用新型的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例中，多層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)如圖1所示，是左右層疊的復(fù)合膜，沿著左右層疊方向，依次是第一硅層2，碳化硅層1以及第二硅層3。沿著左右層疊方向，第一硅層2厚度為200nm，碳化硅層1厚度為60μm，第二硅層3厚度為200nm。

上述多層復(fù)合膜可用于碳纖維增強(qiáng)碳復(fù)合材料的連接。如圖2所示，將該多層復(fù)合膜作為兩塊待連接的碳纖維增強(qiáng)碳復(fù)合材料5的連接層4，兩塊待連接的碳纖維增強(qiáng)碳復(fù)合材料尺寸為17*17*5mm，連接方法如下：

(1)將碳纖維增強(qiáng)碳復(fù)合材料表面用6微米金剛石拋光液粗略拋光，去除表面較大的缺陷及雜質(zhì)；

(2)用PVD的方法在一塊碳纖維增強(qiáng)碳復(fù)合材料表面鍍上200nmSi膜，形成第一硅層；用PVD的方法在另一塊碳纖維增強(qiáng)碳復(fù)合材料表面鍍上200nmSi膜，形成第二硅層；

(3)在第一硅層與第二硅層中間夾置一層60μm的碳化硅流延膜；

(4)將裝好樣品的石墨模具放置在放電等離子燒結(jié)爐中，通過(guò)上壓頭測(cè)溫。通電流，以100℃/min的升溫速率升至1450℃，保溫10min，升溫過(guò)程中對(duì)連接樣品施加35Mpa的壓力，然后以100℃/min的速率降溫至室溫即可。

用掃描電子顯微鏡觀察經(jīng)上述處理后的碳纖維增強(qiáng)碳復(fù)合材料的中間連接層的界面微觀形貌，背散射掃描電鏡照片如圖3所示，顯示該連接界面無(wú)明顯平行于界面的裂紋，連接層致密，強(qiáng)度較高。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例中，多層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)如圖1所示，是左右層疊的復(fù)合膜，沿著左右層疊方向，依次是第一硅層，碳化硅層以及第二硅層。沿著左右層疊方向，第一硅層厚度為300nm，碳化硅層厚度為50μm，第二硅層厚度為300nm。

上述多層復(fù)合膜可用于碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的連接。如圖2所示，將該多層復(fù)合膜作為兩塊待連接的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的連接材料，兩塊待連接的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料尺寸為17*17*5mm，連接方法如下：

(1)將碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料表面用6微米金剛石拋光液粗略拋光，去除表面較大的缺陷及雜質(zhì)；

(2)用PVD的方法在一塊碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料表面鍍上300nmSi膜，形成第一硅層；用PVD的方法在另一塊碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料表面鍍上300nmSi膜，形成第二硅層；

(3)在第一硅層與第二硅層中間夾置一層50μm的碳化硅流延膜；

(4)將裝好樣品的石墨模具放置在放電等離子燒結(jié)爐中，通過(guò)上壓頭測(cè)溫。通電流，以100℃/min的升溫速率升至1500℃，保溫5min，升溫過(guò)程中對(duì)連接樣品施加35Mpa的壓力，然后以100℃/min的速率降溫至室溫即可。

用掃描電子顯微鏡觀察經(jīng)上述處理后的碳纖維增強(qiáng)碳復(fù)合材料的中間連接 層的界面微觀形貌，背散射掃描電鏡照片類似于圖3所示，顯示該連接界面無(wú)明顯平行于界面的裂紋，連接層致密，強(qiáng)度較高。

以上所述的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充或類似方式替代等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。