[发明专利]用碳纳米管和石墨烯制造陶瓷基质复合物

说明书

本发明公开了用于用碳纳米管和石墨烯制造陶瓷基质复合(CMC)材料的系统和方法。一个实施例是用于形成陶瓷基质复合结构的方法。该方法包括提供碳纳米管、石墨烯和氮化硅碳的混合物，加热该混合物以使碳纳米管和石墨烯键合，以及烧结所述混合物中的氮化硅碳。

技术领域

本公开涉及材料科学领域，并且特别涉及陶瓷基质复合物的制造。

背景技术

定向能量冲击(例如，电磁脉冲、激光等)能够穿透飞行器，并干扰其内部的电子器件，并危害安全和通信。在低频(100Mhz)、中频(100Mhz-1GHz)和高频(1GHz)范围中的每个范围内的电磁干扰(EMI)的频率可能是有害的。一些飞行器因此使用由多达2英寸厚的钢铁制成的蒙皮来防御所有频率范围内的EMI和定向能量。然而，这种类型的宽频带防护由于飞行器的显著重量而极大地降低了飞行器的飞行性能和任务能力。

很多飞行器使用陶瓷基质复合(CMC)蒙皮，这是因为CMC相对轻的重量和抵抗高温、膨胀、氧化和磨损的能力。然而，该材料是相对易碎和不可弯曲的，其具有降低的屏蔽和微波定向能量防护能力。因此，仍需要也可以防御宽范围的定向能量威胁的柔性轻质的飞行器材料。

发明内容

本文描述的实施例包括用碳纳米管和石墨烯制造陶瓷基质复合(CMC)材料。在陶瓷构架(backbone)内的碳纳米管与石墨烯之间形成的导电路径导致轻质的材料(例如，2g/cm³)，其具有高导热性和高导电性(例如，3×10⁶S/m)，用于改善的耐热性(例如，高达1000℃)和抵御定向能量威胁。陶瓷、碳纳米管和石墨烯的组合还使得能够制造可弯曲片材，该可弯曲片材可塑造成飞行器主体的弯曲部，能抵抗冲撞和定向能量威胁而没有机械强度的劣化。

一个实施例是用于形成陶瓷基质复合结构的方法。该方法包括提供碳纳米管、石墨烯和氮化硅碳的混合物。该方法进一步包括加热该混合物以使碳纳米管和石墨烯键合，以及烧结所述混合物中的氮化硅碳。

另一实施例是陶瓷基质复合材料，其包含碳纳米管、与碳纳米管化学键合的石墨烯以及在混合物中与碳纳米管和石墨烯烧结的氮化硅碳。

其他示例性实施例可以在下文被描述。已经讨论的特征、功能和优势可以在各种实施例中被单独实现，或者可以在其它实施例中被结合，其进一步细节可以参考以下说明书和附图获知。

附图说明

现在仅以示例的方式并参考附图来描述本公开的一些实施例。所有附图中的相同附图标记代表相同元件或相同类型的元件。

图1说明示例性实施例中的飞行器。

图2说明示例性实施例中的陶瓷基质复合材料。

图3是说明在示例性实施例中用于制造CMC材料的方法的流程图。

图4说明在示例性实施例中用于制造CMC材料102的加工系统和方法。

图5是示例性实施例中的飞行器生产和服役方法的流程图。

图6是示例性实施例中的飞行器的框图。

具体实施方式

附图和以下说明书示出本公开的具体示例性实施例。因此应认识到，本领域技术人员将能够设想各种布置，尽管未在本文中明确地描述或显示，但这些布置符合本公开的原理并且包含在本公开范围内。此外，本文所描述的任何示例旨在帮助理解本发明的原理，并应被解释为不限于这些具体陈述的示例和条件。因此，本公开不受限于下文描述的具体实施例或示例，而应由权利要求及其等价物来限制。