[發明專利]陶瓷基復合材料螺栓的制備方法

有效

• 申請號: 200810018039.0
• 申請日: 2008-04-25
• 公開（公告）號: CN101265935A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 梅輝;成來飛;張立同;徐永東;柯晴青
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F16B35/00
• 分類號: F16B35/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心
• 代理人: 黃毅新

技術領域

本發明涉及一種陶瓷基復合材料螺栓的制備方法。

背景技術

在公知的航天領域，用于航天飛行器熱防護系統結構件連接的螺栓螺母，由于航天飛行器飛行條件十分惡劣，再入大氣層時與空氣發生摩擦，頭錐、機翼前緣和機身襟翼表面最高溫度可達1650℃，這就要求螺栓螺母具備優異的熱物理化學性能和力學性能。

航天用標準螺栓螺母材料有石墨、C/C復合材料以及C/SiC復合材料。石墨具有耐高溫、低密度及耐磨性好等一系列優點，但是高溫抗氧化性差、強度低。C/C復合材料具有耐高溫、低密度、高比強、抗磨損、抗疲勞性能好等一系列優點，但是高溫抗氧化性差，在400℃以上即開始氧化。C/SiC復合材料具有比強度高、比模量和斷裂韌性高，密度低，抗燒蝕性好和可設計性等優點，可以很好地適應航天技術對超高溫構件的使用要求。

參照圖1。文獻“Whale，Eric.Ceramic?fasteners?for?high?temperature?applications.MaterialsTechnology?2000，15(4)：276-281”公開了一種采用熱梯度化學氣相沉積(以下簡稱CVI)工藝制備二維C/SiC復合材料螺栓的方法，該方法先用碳纖維進行0/90°正鋪和±45°斜鋪，形成0/90°正鋪層纖維3和±45°斜鋪層纖維4交替疊層制備碳纖維預制體，再用熱梯度CVI工藝在纖維預制體上沉積SiC，然后用金剛石磨輪加工出螺栓外螺紋。由于該方法加工螺栓外螺紋是在CVI工藝沉積SiC完成后進行的，C/SiC復合材料硬度高，金剛石磨輪磨損較快，加工出的C/SiC復合材料螺栓質量難以保證，金剛石磨輪的磨損還導致加工成本提高。同時，CVI工藝制造較大直徑螺栓時內部致密度差，螺栓強度偏低。據該文獻記載，該方法制備的2D?C/SiC復合材料螺栓的室溫拉伸斷裂強度約為180～190MPa。

發明內容

為了克服現有技術質量差、成本高的不足，本發明提供一種陶瓷基復合材料螺栓的制備方法，利用在預制體上沉積熱解碳界面層，結合CVI沉積和聚合物浸漬裂解(以下簡稱PIP)制備C/SiC復合材料螺栓，可以提高螺栓的拉伸斷裂強度，降低制備成本。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種陶瓷基復合材料螺栓的制備方法，其特征在于包括下述步驟：

(a)用1K碳纖維進行0/90°正鋪和±θ(0°≤θ≤90°)斜鋪，制備碳纖維二維板材預制體；

(b)在碳纖維預制體上沉積熱解碳界面層，工藝條件為：沉積溫度800～900℃，壓力0.2～0.4kPa，丙烯流量25～35ml/min，Ar氣流量250～350ml/min，沉積時間40～60h；

(c)在沉積有熱解碳界面層的二維板材上沉積碳化硅基體，工藝條件為：沉積溫度800～1000℃，壓力2～4kPa，H₂氣流量150～250ml/min，Ar氣流量250～350ml/min，三氯甲基硅烷溫度25～35℃，H₂與三氯甲基硅烷的摩爾比為8～12、沉積時間220～260h，形成半成品陶瓷基復合材料；

(d)在半成品陶瓷基復合材料上切割形成‘T’字形螺栓毛坯，利用金剛石磨輪，配合螺母在螺栓毛坯上攻絲，形成半成品螺栓；

(e)將半成品螺栓在900～1100℃多次浸漬裂解聚碳硅烷，然后1400～1600℃進行熱處理2～4h；

(f)再用CVI方法繼續沉積SiC防氧化涂層，沉積溫度為800～1000℃，氣體為三氯甲基硅烷，沉積時間50～70h，得到成品C/SiC復合材料螺栓。

本發明的有益效果是：由于該方法采用先在預制體上沉積熱解碳，結合CVI沉積和PIP制備SiC，在未完全沉積致密的半成品陶瓷基復合材料預制體上加工螺栓并攻絲，對金剛石磨輪磨損較慢，保證了C/SiC復合材料螺栓的加工質量和強度，降低了生產成本，C/SiC復合材料螺栓的室溫拉伸斷裂強度由現有技術的180～190MPa提高到了210～230MPa。

下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。

附圖說明

圖1是背景技術中碳纖維鋪層示意圖。

圖2是本發明制備方法所制備的陶瓷基復合材料螺栓的照片。

圖3是圖2中陶瓷基復合材料螺栓螺紋牙的縱剖面顯微照片。

圖中，1-螺栓，2-螺紋牙，3-0/90°正鋪層纖維，4-±θ°斜鋪層纖維。

具體實施方式

參照附圖。