[發明專利]一種基于CVD/CVI雙工藝的纖維增強復合材料沉積爐

在審

• 申請號: 202010171987.9
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111235548A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 張松;鄭麗麗;張輝
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C23C16/44
• 分類號: C23C16/44;C23C16/455;C23C16/52
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

本發明涉及一種基于CVD/CVI雙工藝的纖維增強復合材料沉積爐，屬于復合材料制備設備技術領域。爐體包括上方爐膛與下方爐膛，上方爐膛可實現CVD工藝沉積過程，下方爐膛可實現CVI工藝沉積過程。在多孔纖維預制體的沉積初期，通過控制樣品底部溫度遠高于頂部溫度，采用CVI工藝，使進氣從下方爐膛流出，優先沉積樣品下部。當下部沉積增密結束后，逐步減小垂直管路的通氣量，轉為CVD工藝，通過原料氣擴散進入導流板和樣品，進而完成對樣品上部分的沉積過程。通過不同爐膛加熱器溫度的控制，以及不同流向氣流分布比例，實現對樣品沉積速度與沉積位置的控制。

技術領域

本發明涉及一種基于CVD/CVI雙工藝的纖維增強復合材料沉積爐，屬于復合材料制備技術領域。

背景技術

纖維增強復合材料如C/SiC、SiC/SiC陶瓷基復合材料和C/C復合材料由于其耐高溫、高比強度、高比模量、高熱導率等一系列優良的材料特性，是一種優質的輕質、耐高溫結構材料，在航空發動機熱端部件、空天飛行器的熱防護系統等高溫熱結構部件上擁有巨大的應用潛力。此類纖維增強復合材料制造方法有聚合物浸漬裂解法、反應熔滲法、化學氣相滲透法(以下簡稱CVI)以及以上方法的綜合應用等。其中化學氣相滲透法通過原料氣緩慢通過多孔纖維預制體并反應生成沉積物，具有反應溫度低、對纖維損傷小、對異型構件具有較強的可設計性和可制造性等優點，因此是此類纖維增強復合材料制備常用的方法。但是化學氣相滲透法仍面臨制備周期長、纖維預制體表面封閉氣流通道堵塞而導致構件增密不均勻和反復表面加工等問題。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于CVD/CVI雙工藝的纖維增強復合材料沉積爐，對已有的化學氣相滲透法進行改進，根據化學氣相沉積反應中氣流與溫度對沉積過程的影響以及多孔體沉積過程中的問題，通過引入化學氣相沉積法，將兩者相結合起來對現有化學氣相滲透法進行改良，以提高多孔纖維預制體化學氣相反應增密過程的可控性。

本發明提出的基于CVD/CVI雙工藝的纖維增強復合材料沉積爐，包括下方爐膛、上方爐膛和樣品工裝，樣品工裝置于下方爐膛的頂端，下方爐膛的頂部通過樣品工裝與上方爐膛相連通；所述的下方爐膛和上方爐膛的爐體分別由保溫材料、爐膛內膽、加熱器和密封法蘭組成，加熱器置于保溫材料與爐膛內膽之間；所述的上方爐膛的一端通過密封法蘭設置有原料氣進口管路，原料氣進口管路上設置有進流量控制閥門，原料氣進口管路與沉積爐外的原料氣源相連接，上方爐膛的另一端通過密封法蘭設置有上方爐膛尾氣管路，上方爐膛尾氣管路與沉積爐外的真空裝置及尾氣處理裝置相連接，上方爐膛尾氣管路上設置有上方爐膛尾氣節流閥門；所述的下方爐膛的頂部通過樣品工裝與上方爐膛相連通，下方爐膛的底部通過密封法蘭設置有下方爐膛尾氣管路，下方爐膛尾氣管路上設有下方爐膛尾氣節流閥門，下方爐膛尾氣管路與沉積爐外的真空裝置及尾氣處理裝置相連接；所述的樣品工裝由纖維預制體、石墨夾具及導流板組成，石墨夾具將纖維預制體固定在下方爐膛的中央位置，導流板設置在石墨夾具的上部，導流板上開有導流孔。

本發明提出的基于CVD/CVI雙工藝的纖維增強復合材料沉積爐，其特點和優點是：

本發明的用于基于CVD/CVI雙工藝的纖維增強復合材料沉積爐，其中的上方爐膛為化學氣相沉積(CVD)工藝沉積過程，下方爐膛為化學氣相滲透(CVI)工藝沉積過程。在纖維預制體的沉積初期，通過控制樣品底部溫度遠高于頂部溫度，采用CVI工藝，使進氣從下方爐膛流出，優先沉積樣品下部。當下部沉積增密結束后，逐步減小垂直管路的通氣量，轉為CVD工藝，通過原料氣擴散進入導流板和樣品，進而完成對樣品上部分的沉積過程。通過不同爐膛加熱器溫度的控制，以及不同流向氣流分布比例，實現對樣品沉積速度與沉積位置的控制。本發明沉積爐中導流板的設計改善了原料氣進入纖維預制體的分布，從而提高沉積的均勻性。沉積爐的爐體結構有效提高了多孔纖維預制體沉積增密過程的可控性，減少復合材料制備過程中因表面氣流通道封閉而造成的樣品表面加工的工序，大大縮短了部件制備周期。

附圖說明