[發明專利]熱模擬試驗機制備纖維增強復合板材的配套模具和方法

在審

• 申請號: 202010839616.3
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN111948016A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 王青峰;潘勇良;趙麗洋
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G01N1/36
• 分類號: G01N1/36;G01N1/28;G01N1/44;G01N1/42
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張明月

本發明公開了熱模擬試驗機制備纖維增強復合板材的配套模具和方法，包括套筒、左側壓頭和右側壓頭，所述左側壓頭的左端與熱模擬實驗機左側熱壓壓頭相連接，所述右側壓頭的右端與熱模擬實驗機右側熱壓壓頭相連接，所述套筒的前后兩側開設有貫穿孔且貫穿孔內嵌陶瓷管，所述套筒的內側、左側壓頭的右側和右側壓頭的左側構成的腔體為樣品成型腔體，所述樣品成型腔體與樣品單側間隙不大于0.5mm，本發明利用熱模擬實驗機，實現升溫速率、升壓速率、保溫溫度、保溫壓力、降溫速度等熱等靜壓參數的精確控制，實現溫度與壓力的同步升高，可以研究各參數對復合材料板材成型度、界面反應層的影響，提高了效率，避免時間和成本的浪費。

技術領域

本發明涉及復合材料的熱壓成型模具，尤其是熱模擬試驗機制備纖維增強復合板材的配套模具和方法。

背景技術

高強度輕質結構材料，尤其是具有高的抗蠕變性能、在高溫下仍可以保持高的比強度和剛度的結構材料，是航空發動機的首選材料。傳統的高溫合金，由于自身體系的限制，無法進一步提高發動機的性能。連續SiC纖維增強鈦基復合材料作為優秀的候選材料之一，具有低質量、高比強度、高比剛度、高的高溫耐性等，在不超過800℃的環境下服役，具有非常理想的性能。

影響復合材料性能的主要原因之一是復合材料的成型狀況。一方面，復合材料的致密度影響著材料整體的強度，由于未壓實而產生的縫隙、孔洞會極大的削弱復合材料的承載能力，并會成為裂紋源，導致材料受力時破損。另一方面，復合材料的界面反應也對復合材料的性能有著至關重要的意義，較弱的界面反應無法有效的鏈接增強體和基體，導致增強作用不明顯，而過強的界面反應會使界面處脆性相增多而導致界面萌生裂紋。所以控制復合材料的成型過程工藝參數對于制備性能優異的復合材料有極大的意義。

傳統的纖維增強復合材料的制備方法多為使用專用的設備進行熱等靜壓或者真空熱壓。熱等靜壓制備復合材料過程中，復合材料樣品各處所受壓力一致，成型度好，且制備不受材料外形限制，但是工藝流程較為復雜，并且無法準確控制溫度、壓力的變化速率，無法單獨控制溫度或者壓力的變化，以及無法滿足溫度壓力同步升高的要求。而采用熱模擬實驗機，通過其液壓系統和控溫系統可以精確地控制壓力和溫度的變化，并且通過編寫程序，可以實現溫度和壓力的同步上升。但是目前熱模擬實驗機上的模具，均無法滿足復合材料的制備要求，例如專利CN108627383A和CN2820389Y中提出的熱模擬實驗機模具，僅適用于熱壓粉末燒結，而無法制備纖維增強復合材料。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種由熱模擬試驗機制備復合材料板材樣品配套模具及使用方法，。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：熱模擬試驗機制備纖維增強復合板材的配套模具，包括套筒、左側壓頭和右側壓頭，所述左側壓頭的左端與熱模擬實驗機左側熱壓壓頭相連接，所述右側壓頭的右端與熱模擬實驗機右側熱壓壓頭相連接，所述套筒的前后兩側開設有貫穿孔且貫穿孔內嵌陶瓷管，所述套筒的內側、左側壓頭的右側和右側壓頭的左側構成的腔體為樣品成型腔體且腔體形狀尺寸由樣品決定，所述樣品成型腔體與樣品單側間隙不大于0.5mm。

本發明技術方案的進一步改進在于：所述左側壓頭的左側和右側壓頭的右側均鋪設有石墨紙和鉭片，所述左側壓頭的右側和右側壓頭的左側均鋪設有石墨紙。

本發明技術方案的進一步改進在于：所述套筒的壁厚取值范圍為5-10mm、長度取值范圍為15-40mm。

本發明技術方案的進一步改進在于：所述陶瓷管的直徑取值范圍為1-2mm。

本發明技術方案的進一步改進在于：所述套筒的內側直角邊、左側壓頭和右側壓頭分別與套筒內側接觸的直角邊均倒圓角且圓角半徑為1mm。

本發明技術方案的進一步改進在于：所述套筒、左側壓頭和右側壓頭的材質均采用硬質合金或者耐高溫導電陶瓷。

本發明技術方案的進一步改進在于：所述硬質合金為碳化鎢，所述耐高溫導電陶瓷為摻雜氧化鋯。