[發明專利]一種三維機織航空火焰筒及其制備方法

在審

• 申請號: 202010562832.8
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111704468A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 周嬋穎;伍立立;宗晟
• 申請（專利權）人: 宜興市新立織造有限公司
• 主分類號: C04B35/571
• 分類號: C04B35/571;C04B35/80;C04B35/622;C04B35/628;C04B41/89;F23R3/42
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

本發明公開了一種三維機織航空火焰筒及其制備方法，包括：根據2.5D立體機織結構設計，利用變截面一體化編織工藝進行2.5D SiC纖維預制體的制備；以液態聚碳硅烷為先驅體，對SiC纖維預制體進行先驅體浸漬熱裂解工藝，制備得到SiCf/SiC火焰筒；采用大氣等離子噴涂工藝在SiCf/SiC火焰筒的表面制備環境障礙涂層，得到最終的三維機織航空火焰筒。本發明制備得到的三維機織航空火焰筒具有質量輕、強力高、耐高溫、耐腐蝕以及較好的抗壓、抗氧化、抗熱沖擊等綜合效能，且結構穩定性能良好，大大提高了航空用火焰筒在高溫下的適應性。

技術領域

本發明涉及一種三維機織航空火焰筒及其制備方法，屬于航空發動機燃燒室技術領域。

背景技術

航空發動機燃燒室承擔著將燃料的化學能轉化為熱能的任務，主要任務是將燃料或推進劑在其中生成高溫燃氣的裝置，是航空發動機的核心部件之一，在高溫服役條件下，需要有極高的穩定性面對極為苛刻的服役環境。燃燒室主要由擴壓器、燃燒室殼體、火焰筒、燃料噴嘴、點火裝置構成?；鹧嫱彩呛娇瞻l動機燃燒室中的燃燒場所，是保證空氣分股、燃燒充分、摻混均勻并使壁面得到有效冷卻的部件。火焰筒主要由筒體和火焰筒頭部的渦流器組成。傳統的合金火焰筒筒體長期處于高溫環境，工作環境最為嚴苛，長期工作后材料屈服應力或持久強度下降，同時受冷熱疲勞、燃氣氧化腐蝕、沖刷、磨損等直接影響，工作壽命會大幅度降低。而火焰筒的壽命直接關系到燃機的使用壽命，為了提高火焰筒的使用壽命，且能保證其在服役環境下的穩定性，火焰筒筒體不僅需要適應輕量化，同時能保證高度的耐氧化性、抗腐蝕性，因此研發一種高強度、耐腐蝕性、穩定性好的火焰筒筒體是目前急需解決的問題。

復合材料制備的火焰筒具有質量輕、可設計性強等優點，而碳化硅纖維增強碳化硅基體(SiCf/SiC)復合材料因其具有高比強度、高比模量、耐高溫、抗蠕變、抗腐蝕、耐磨損和抗氧化等優異性能，且有效克服了純粹陶瓷纖維脆性大、斷裂韌性低和抗沖擊性能差的缺陷，勢必成為航空發動機燃燒室/加力燃燒室、渦輪導葉、內涵道和尾噴管等熱端高溫部件的理想候選材料。

而目前對于SiCf/SiC復合材料的制備，其預制體的制備多集中于二維、三維編織，為了使火焰筒具有層間連接強度高、整體性好的特點，本發明采用2.5D變截面一體化織造技術與先驅體浸漬熱裂解技術(PIP)相結合，配合環境障礙涂層，實現三維機織火焰筒的整體成型。其中，變截面一體化技術能夠有效提高火焰筒的整體穩定性，復合成型先驅體浸漬熱裂解技術(PIP)技術，適用于制備尺寸大、形狀復雜的結構，且微觀結構可控、成本低，環境障礙涂層進一步增強材料的耐久性能。三者有效結合，充分提高火焰筒的耐久性。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種三維機織航空火焰筒及其制備方法，采用三維機織變截面一體化成型的結構設計和先驅體浸漬熱裂解技術(PIP)的制備方法，滿足航空用火焰筒耐高溫、抗氧化且穩定性能良好的要求。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種三維機織航空火焰筒的制備方法，包括以下步驟：

(1)根據航空用燃燒室的裝備確定火焰筒的具體形狀及尺寸，進行2.5D立體機織結構設計，包括所用SiC纖維的經密、緯密等參數的設計；

(2)根據2.5D立體機織結構設計，利用變截面一體化編織工藝在三維紡織機上進行2.5D SiC纖維預制體的制備；

(3)以液態聚碳硅烷為先驅體，對SiC纖維預制體進行先驅體浸漬熱裂解(PIP) 工藝，制備得到SiCf/SiC火焰筒；

(4)以SiCf/SiC火焰筒為基底材料，采用大氣等離子噴涂工藝在基底材料的表面制備環境障礙涂層，得到最終的三維機織航空火焰筒。

進一步的，所述步驟(3)具體包括：