[發(fā)明專利]一種薄壁圓錐圓筒形陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件的成型方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711257119.7
• 申請(qǐng)日: 2017-12-01
• 公開（公告）號(hào): CN108218453B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝巍杰;邱海鵬;陳明偉;劉善華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司基礎(chǔ)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): C04B35/80
• 分類號(hào): C04B35/80;C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

本發(fā)明涉及一種陶瓷基復(fù)合材料的成型方法，特別涉及一種薄壁圓錐圓筒形陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件的成型方法。本發(fā)明采用熱壓罐定型與石墨模具保型的聯(lián)合定型方式；熱壓罐工藝多適用于樹脂基復(fù)合材料的成型，罐內(nèi)壓力一般小于1MPa，罐內(nèi)溫度一般小于300℃，且為一次成型。本發(fā)明可以解決薄壁圓錐圓筒形陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件成型難度大的問題，與現(xiàn)有成型方法相比，能夠成型出纖維體積分?jǐn)?shù)均勻，型面精度高的薄壁圓錐圓筒形陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件。本發(fā)明充分利用了熱壓罐適合成型薄壁圓錐圓筒形構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)利用石墨模具耐高溫、定型穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，在熱壓罐定型后轉(zhuǎn)入石墨模具中保型，保證后續(xù)高溫致密化工藝中的構(gòu)件成型精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種陶瓷基復(fù)合材料的成型方法，特別涉及一種薄壁圓錐圓筒形陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件的成型方法。

背景技術(shù)

陶瓷基復(fù)合材料既擁有陶瓷材料耐高溫、抗氧化、耐磨損、耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)，又利用連續(xù)纖維等增強(qiáng)體的增強(qiáng)增韌作用，大大提高了陶瓷材料的斷裂韌性以及抗外部沖擊載荷性能。連續(xù)纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷基復(fù)合材料憑借良好的高溫穩(wěn)定性和高溫力學(xué)性能，在高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端構(gòu)件、高超聲速飛行器熱防護(hù)體系等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。

在陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件的制造過程中，成型技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一。目前比較成熟的定型方法為模壓定型，即通過將浸漬了樹脂的纖維預(yù)制體放入模具的對(duì)模模腔中，利用帶熱源的壓機(jī)提供一定的溫度和壓力，合模后纖維預(yù)制體在模腔內(nèi)定型。模壓定型不適用于薄壁圓錐圓筒形構(gòu)件的原因?yàn)椋耗簷C(jī)平板加壓的工作方式多適用于板型構(gòu)件的定型；目前薄壁圓錐圓筒形構(gòu)件纖維預(yù)制體的編織過程受編織技術(shù)所限，實(shí)際尺寸與設(shè)計(jì)尺寸存在一定偏差，模壓定型時(shí)內(nèi)外型面均為剛性模具，合模時(shí)容易因預(yù)制體尺寸與模具型腔尺寸的偏差產(chǎn)生褶皺等成型缺陷。在高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)以及高超聲速飛行器熱端構(gòu)件領(lǐng)域，薄壁圓錐圓筒形是應(yīng)用較為廣泛的構(gòu)件形式，如高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)錐體、火焰筒，高超聲速飛行器尾噴管，其壁厚不大于10mm，型面特征為圓錐圓筒形構(gòu)件。所以對(duì)薄壁圓錐圓筒形陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件的成型方法研究具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)薄壁圓錐圓筒形陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件成型的方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

(1)、纖維預(yù)制體的制備：以連續(xù)纖維為原料，根據(jù)擬成型構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與形狀尺寸，編織制備纖維預(yù)制體；

(2)、定型模具的設(shè)計(jì)與制造：根據(jù)擬成型構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與形狀尺寸進(jìn)行定型模具設(shè)計(jì)和制造；包括根據(jù)構(gòu)件內(nèi)型面制造用于熱壓罐成型的陽模，及根據(jù)構(gòu)件內(nèi)、外型面制造后續(xù)致密化過程中的保型模具；

(3)、界面層的制備：將纖維預(yù)制體置于化學(xué)氣相沉積爐內(nèi)，進(jìn)行纖維表面界面層的涂覆，界面層由熱解碳、碳化硅或氮化硼材料構(gòu)成，熱解碳界面層的制備工藝為：以丙烷為碳源，溫度為950℃～1100℃，爐壓為2KPa～4KPa，流量為1000ml/min～3000ml/min，沉積時(shí)間為4h～10h；

(4)、浸漬液的配制：以聚碳硅烷為溶質(zhì)，以二甲苯為溶劑，溶質(zhì)占聚碳硅烷溶液重量百分比的40～60％，配制聚碳硅烷溶液作為浸漬液；

(5)、浸漬：將涂覆界面層的連續(xù)纖維預(yù)制體置于上述浸漬液中浸漬，浸漬環(huán)境相對(duì)壓力為-0.05MPa～-0.10MPa，浸漬時(shí)間不小于24小時(shí)；

(6)、熱壓罐定型：將纖維預(yù)制體依照構(gòu)件內(nèi)型面對(duì)應(yīng)鋪貼于陽模上固定，并用真空袋包裹封閉，置于熱壓罐中并將真空袋抽真空，熱壓罐壓力直接作用在陽模上的纖維預(yù)制體外形上從而進(jìn)行定型固化，熱壓罐溫度為180℃～220℃、壓力為1.0MPa～4.0MPa，保壓時(shí)間為1～2小時(shí)，然后卸壓自然降溫至室溫；

(7)、轉(zhuǎn)模：將熱壓罐定型固化后的纖維預(yù)制體轉(zhuǎn)移至保型模具中并固定，保型模具采用高純石墨材質(zhì)；