[發明專利]復合結構預存應力筋增強陶瓷基復合材料及其制造方法

有效

• 申請號: 201210129460.5
• 申請日: 2012-04-28
• 公開（公告）號: CN102659441A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 王子國;李顯方;武井祥
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/622
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 鄧建輝

1.一種復合結構預存應力筋增強陶瓷基復合材料，其特征是：采用如下方法制成：由纖維束筋與纖維編織或者針刺成預制體或者單獨使用纖維束筋編織成預制體，預制體的編織時使纖維束筋的至少其中的一端處在便于切削和預應力釋放的位置，通過化學氣相浸滲法，制成陶瓷基復合材料粗胚，或采用先驅體轉化工藝、熱壓燒結工藝、化學氣相浸滲法，或者這三種工藝聯合使用，然后通過對陶瓷基復合材料粗胚進行磨削或者鉆孔的方法，解除纖維束筋自身的端部錨固，纖維束筋與基體的界面粘結作用給陶瓷基體施加預壓應力；隨后進行1500℃～1600℃負壓高溫熔融浸硅填充外管與芯棒的間隙，或者采用可碳化的熱固性樹脂填充外管與芯棒的間隙，使芯棒參與受力，最后制成成品；或者將芯棒取出，再采用化學氣相沉積法或者負壓高溫熔融浸硅堵孔，然后成型。

2.制造權利要求1所述的復合結構預存應力筋增強陶瓷基復合材料的方法，其特征是：將纖維束筋與纖維編織或者針刺成預制體或者單獨使用纖維束筋編織成預制體，預制體的編織時使纖維束筋的至少其中的一端處在便于切削和預應力釋放的位置，纖維束筋的體積分數在復合材料的所需預應力計算定出，纖維束筋的體積分數范圍在3～60％，將上述預制體放入化學氣相浸滲/沉積爐中，制造SiC基復合材料，沉積溫度為1000℃～1100℃，真空度保持在50～500Pa，原料氣體的氣體流量為180～220L/min，保護氣體采用Ar氣，流量取180～220L/min，第一次沉積時間為8～12天，達到時間取出并打磨構件表面，打開其孔隙繼續第二次沉積，8～12天后取出，完成陶瓷基復合材料粗胚制造工序；然后對陶瓷基復合材料粗胚進行預應力釋放式加工工序，如果芯棒不需取出，這一工序可以從第一次沉積完后開始，完成預應力釋放式加工工序后對按理論所需Si量的1.2～1.5倍添加Si微粉，其粉粒度為10～100μm，將Si粉與陶瓷基復合材料粗胚置于石墨坩堝內使磨削線面與Si接觸，在充入Ar氣的0～500Pa的微正壓條件下將石墨坩堝置于溫度為1500℃～1600℃負壓高溫爐內進行熔融浸硅進行填充纖維束筋的外管3和芯棒4的間隙，保溫1.5～2.5小時，或者在纖維束筋的外管3和芯棒4的間隙加入碳的前驅體物質高溫裂解填充間隙，或者將芯棒取出，再采用化學氣相沉積法或者負壓高溫熔融浸硅堵孔，隨后將得到C/SiC復合材料進行機械加工，最后得到成品。

3.根據權利要求2所述的制造復合結構預存應力筋增強陶瓷基復合材料的方法，其特征是：對于以SiC為基體CVI用的原料氣體為CH₃SiCl₃+H₂，對于以BN為基體CVI用的原料氣體BCl/BF+NH₃+H₂，以Al₂O₃為基體CVI用的原料氣體AlCl₄+CO₂+H₂，以TiB₂為基體CVI用的原料氣體TiCl₄+BCl₃+H₂。

4.根據權利要求2或3所述的制造復合結構預存應力筋增強陶瓷基復合材料的方法，其特征是：所述的預應力釋放式加工工序是指沿陶瓷基復合材料粗胚的磨削線進行磨削，磨除纖維束筋的切削區，釋放纖維束筋的預應力，或對陶瓷基復合材料粗胚采取鉆孔法釋放預應力。