[發明專利]四棱錐構型Cf/SiC-ZrC仿生梯度點陣復合材料平板及其制備方法

有效

• 申請號: 201410116384.3
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN103862731A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 曾濤;成夙;楊帆;方岱寧
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: B32B3/26
• 分類號: B32B3/26;B32B5/08;B32B18/00;C04B35/80;C04B35/56;C04B35/622
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

1.四棱錐構型C_f/SiC-ZrC仿生梯度點陣復合材料平板，由上面板（1）、下面板（2）以及在上下面板之間以點陣芯子（3）進行梯度排列而成的四棱錐胞元構成，其特征在于：所述的上面板（1）和下面板（2）是由C_f/SiC-ZrC復合材料構成的平面，梯度點陣芯子（3）為由C_f/SiC-ZrC復合材料構成的桿件，上面板（1）和下面板（2）之間的點陣芯子是梯度排列的。

2.根據權利要求1所述的四棱錐構型C_f/SiC-ZrC仿生梯度點陣復合材料平板，其特征在于ZrC的顆粒度為1.20μm。

3.如權利要求1所述的四棱錐構型C_f/SiC-ZrC仿生梯度點陣復合材料平板的制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、將聚碳硅烷、鋯酸丁酯、二乙烯苯、二甲苯和四氫呋喃混合，得到浸漬液；其中，二乙烯苯與聚碳硅烷的質量比為0.4:1，二甲苯與聚碳硅烷的質量比為0.1:1，四氫呋喃與聚碳硅烷的質量比為2:1，鋯酸丁酯與聚碳硅烷的質量比為1:1；

二、在碳纖維布Ⅰ上打m行×n列個陣列通孔，得到打通孔的碳纖維布Ⅰ；在碳纖維布Ⅱ上打（m+1）行×（n+1）列個陣列通孔，得到打通孔的碳纖維布Ⅱ；打通孔的碳纖維布Ⅰ上的陣列通孔中的第1行第1列的通孔為A₁₁，打通孔的碳纖維布Ⅰ上的陣列通孔中的第1行第2列的通孔為A₁₂，以此類推，打通孔的碳纖維布Ⅰ上的陣列通孔中的第1行第j列的通孔為A_1j；打通孔的碳纖維布Ⅰ上的陣列通孔中的第2行第1列的通孔為A₂₁，以此類推，打通孔的碳纖維布Ⅰ上的陣列通孔中的第i行第1列的通孔為A_i1，同理，打通孔的碳纖維布Ⅰ上的陣列通孔中的第i行第j列的通孔為A_ij；打通孔的碳纖維布Ⅱ上的陣列通孔中的第1行第1列的通孔為B₁₁，打通孔的碳纖維布Ⅱ上的陣列通孔中的第1行第2列的通孔為B₁₂，以此類推，打通孔的碳纖維布Ⅱ上的陣列通孔中的第1行第j列的通孔為B_1j；打通孔的碳纖維布Ⅱ上的陣列通孔中的第2行第1列的通孔為B₂₁，以此類推，打通孔的碳纖維布Ⅱ上的陣列通孔中的第i行第1列的通孔為B_i1，打通孔的碳纖維布Ⅱ上的陣列通孔中的第i行第j列的通孔為B_ij，打通孔的碳纖維布Ⅱ上的陣列通孔中的第（i+1）行第（j+1）列的通孔為B_(i+1)(j+1)；其中，打通孔的碳纖維布Ⅰ上的陣列通孔在行的方向上以A_{(m/2+1)(n/2+1)}為中心，以q為間距向行兩側以等比數列形式排列,打通孔的碳纖維布Ⅰ上的陣列通孔在列的方向中每相鄰的兩個通孔的中心距均相等，打通孔的碳纖維布Ⅱ上的每個陣列通孔是以與碳纖維布Ⅰ上每四個以正方形形式分布的通孔的四方形中心為對應確定的，依次向行和列分布排列，其中，打通孔碳纖維布Ⅰ的通孔A₁₁在打通孔碳纖維布Ⅱ上的投影落在打通孔碳纖維布Ⅱ的通孔B₁₁、B₁₂、B₂₁和B₂₂所組成的正方形的中心上，打通孔碳纖維布Ⅰ的通孔A₁₂在打通孔碳纖維布Ⅱ上的投影落在打通孔碳纖維布Ⅱ的通孔B₁₂、B₁₃、B₂₂和B₂₃所組成的正方形的中心上，以此類推，打通孔碳纖維布Ⅰ的通孔A_1j在打通孔碳纖維布Ⅱ上的投影落在打通孔碳纖維布Ⅱ的通孔B_1j、B_1(j+1)、B_2j和B_2(j+1)所組成的正方形的中心上，打通孔碳纖維布Ⅰ的通孔A₂₁在打通孔碳纖維布Ⅱ上的投影落在打通孔碳纖維布Ⅱ的通孔B₂₁、B₂₂、B₃₁和B₃₂所組成的正方形的中心上，以此類推，打通孔碳纖維布Ⅰ的通孔A_i1在打通孔碳纖維布Ⅱ上的投影落在打通孔碳纖維布Ⅱ的通孔B_i1、B_i2、B_(i+1)1和B_(i+1)2所組成的正方形的中心上，同理，打通孔碳纖維布Ⅰ的通孔A_ij在打通孔碳纖維布Ⅱ上的投影落在打通孔碳纖維布Ⅱ的通孔B_ij、B_i(j+1)、B_(i+1)j和B_(i+1)(j+1)所組成的正方形的中心上，所述的m≥2，n≥2，i≥1且i≤m，j≥1且j≤n，a確定為打通孔的碳纖維布Ⅰ上的陣列通孔在行的方向上以A_{(m/2+1)(n/2+1)}為中心向任意一側排列的通孔間距距離，其中a_n+1/a_n=q，n≥1，q>1，所有的通孔為相同的通孔徑，通孔徑大小為1mm～3mm，打通孔的碳纖維布Ⅰ上的陣列通孔在列的方向中每相鄰的兩個通孔的中心距為26mm～30mm；

三、將步驟二中得到的打通孔的碳纖維布Ⅰ與打通孔的碳纖維布Ⅱ，分別放入步驟一得到的浸漬液中在小于0.1MPa的真空條件下，浸漬2h～5h，得到浸漬的打通孔碳纖維布Ⅰ和浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ；

四、將碳纖維放入步驟一得到的浸漬液中，在小于0.1MPa的真空條件下，浸漬2h～5h，然后，將浸漬后的碳纖維編織成束，得到浸漬的碳纖維束；

五、將浸漬的打通孔碳纖維布Ⅰ和浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ平行放置，浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ與浸漬的打通孔碳纖維布Ⅰ的間距為40mm～60mm，其中，浸漬的打通孔碳纖維布Ⅰ的通孔A₁₁在浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ上的投影落在浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ的通孔B₁₁、B₁₂、B₂₁和B₂₂所組成的正方形的中心上，浸漬的打通孔碳纖維布Ⅰ的通孔A₁₂在浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ上的投影落在浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ的通孔B₁₂、B₁₃、B₂₂和B23所組成的正方形的中心上，以此類推，浸漬的打通孔碳纖維布Ⅰ的通孔A_1j在浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ上的投影落在浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ的通孔B_1j、B_1(j+1)、B_2j和B_2(j+1)所組成的正方形的中心上，浸漬的打通孔碳纖維布Ⅰ的通孔A₂₁在浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ上的投影落在浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ的通孔B₂₁、B₂₂、B₃₁和B₃₂所組成的正方形的中心上，以此類推，浸漬的打通孔碳纖維布Ⅰ的通孔A_i1在浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ上的投影落在浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ的通孔B_i1、B_i2、B_(i+1)1和B_(i+1)2所組成的正方形的中心上，同理，浸漬的打通孔碳纖維布Ⅰ的通孔A_ij在浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ上的投影落在浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ的通孔B_ij、B_i(j+1)、B_(i+1)j和B_(i+1)(j+1)所組成的正方形的中心上；

六、采用步驟四得到的浸漬的碳纖維束作為連接材料，將按步驟五中放置的浸漬的打通孔碳纖維布Ⅰ和浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ進行“Z”字穿插連接，使浸漬的碳纖維束在浸漬的打通孔碳纖維布Ⅰ和浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ間構成梯度排列的四棱錐胞元，得到四棱錐構型C_f/SiC-ZrC仿生梯度點陣復合材料的骨架；

七、另取碳纖維布，切成大小與步驟六中碳纖維布Ⅰ和孔碳纖維布Ⅱ大小相等的尺寸，放入步驟一得到的浸漬液中，在小于0.1MPa的真空條件下，浸漬2h～5h，得到浸漬的碳纖維布；

八、在步驟六得到四棱錐構型C_f/SiC-ZrC仿生梯度點陣復合材料的骨架的浸漬的打通孔碳纖維布Ⅰ和浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ的外表面分別平鋪上步驟七得到的碳纖維布，然后，在130℃～140℃下，平鋪碳纖維布的浸漬的的打通孔碳纖維布Ⅰ和平鋪碳纖維布的浸漬的打通孔碳纖維布Ⅱ的外表面分別施加1MPa～3MPa的機械壓力，固化4h～8h，之后，放入真空爐中，抽真空至真空度小于0.001MPa后，再通入氮氣至真空度為0.05MPa～0.1MPa，以10℃/min～20℃/min的升溫速率從室溫升溫至1100℃～1300℃，并保溫10min～60min，即得到四棱錐構型C_f/SiC-ZrC仿生梯度點陣復合材料初產品；

九、浸漬、固化、裂解處理：將四棱錐構型C_f/SiC-ZrC仿生梯度點陣復合材料初產品放入步驟一得到的浸漬液中在小于0.1MPa的真空條件下，浸漬2h～5h，放入烘干箱中，在110℃～160℃下，固化4h～8h，然后，放入真空爐中，抽真空至真空度小于0.001MPa后，再通入氮氣至真空度為0.05MPa～0.1MPa，以10℃/min～20℃/min的升溫速率從室溫升溫至1100℃～1300℃，并保溫10min～60min，即得到四棱錐構型C_f/SiC-ZrC仿生梯度點陣復合材料中間體；

十、將步驟九得到的四棱錐構型C_f/SiC-ZrC仿生梯度點陣復合材料中間體重復步驟九的浸漬、固化、裂解處理操作，直至四棱錐構型C_f/SiC-ZrC仿生梯度點陣復合材料中間體在一次重復處理操作后相對于在同一次重復處理操作前增重小于1%時，即得到了四棱錐構型C_f/SiC-ZrC仿生梯度點陣復合材料平板。