[發明專利]陶瓷基復合材料用梯度縫合密度的織物高通量制備方法

有效

• 申請號: 202011158769.8
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112373137B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 李軍平;龔曉冬;金恩澤;孫新;張國兵;李鈺梅
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所
• 主分類號: B32B5/02
• 分類號: B32B5/02;B32B5/26;B32B5/06
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

本發明提出一種陶瓷基復合材料用梯度縫合密度的織物高通量制備方法，將縫合位置根據所設計的幾何圖形參數和計算公式進行排布，并將縫合位置打印并覆蓋在織物表面，進行縫合，即可獲得縫合間距呈梯度變化的織物。通過上述方法，可快速獲取不同縫合間距對材料性能的影響規律，建立系統的數據庫。相對于傳統方法最少選擇4個典型縫合間距作為考察對象，該方法可實現各類縫合間距均出自一塊平板，所投入子樣數量減少75％以上，極大降低研發成本。另外，陶瓷基復合材料研制周期長，工藝復雜，同一平板獲得的數據顯著降低了工藝噪音，提高了數據的準確性。

技術領域

本技術涉及一種陶瓷基復合材料用梯度縫合密度的織物高通量制備方法，屬于功能復合材料及工藝領域。

背景技術

陶瓷基復合材料由于其耐高溫、輕質、高強度的特性，在航空航天領域有著非常重要的應用價值。然而現階段陶瓷基復合材料的研發和應用仍采用傳統的試錯法，成本高、周期長，極大的制約著材料的研制進展。二維纖維布鋪層-縫合結構的是現階段陶瓷基復合材料織物的常見結構，縫合間距是陶瓷基復合材料織物結構的重要結構參數之一，對材料的力學、傳熱學等多種性能具有重要的影響。目前往往設置若干縫合間距參數，投入典型試驗件，進行材料研制和性能評價。其他參數則進行插值法進行估算，若參數設置不合理或典型參數偏少，未獲得完整可信的曲線，則需要補充數據，而補充數據往往會受到研制工藝波動的影響，且周期和成本均大幅度增加。因此陶瓷基復合材料的研制亟需革新方法，盡快材料的研制進程，掌握更加豐富的數據，為材料的早日大規模應用提供系統的數據支撐。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出一種陶瓷基復合材料織物縫合密度的高通量制備技術。

本發明的技術解決方案是：

一種陶瓷基復合材料用梯度縫合密度的織物高通量制備方法，步驟如下：

(1)根據所需考察的縫合間距范圍n_a～n_b，設計梯度分布的縫合位置圖，其中，n_a＜n_b；

(2)根據設計好的縫合位置圖，采用尺寸適宜的紙打印出1：1的縫合位置圖；

(3)選擇進行鋪層的纖維布，層數根據單層纖維布厚度及成型型腔體積而定，纖維布大小需包絡步驟(2)打印出的縫合位置圖；

(4)將經步驟(3)下料后的纖維布進行鋪層，形成半成型織物，鋪層完成后，將經步驟(2)打印出的縫合位置圖固定在半成型織物表面，形成帶有縫合位置標記的半成型織物；

(5)在帶有縫合位置標記的半成型織物上進行縫合，沿縫合標記進行縫合，即可獲得縫合間距呈梯度分布的二維鋪層-縫合結構織物。

進一步的，所述步驟(1)設計梯度分布的縫合位置圖，具體為：

(a)設計等腰三角形，并確立中線，然后將三角形底邊分為x個等長度的線段，每個線段長度均為n₁，n₁≤n_a，則第一條緯向縫合線總長為x·n₁；從頂點出發，畫出過第一條緯向縫合線上x個線段端點的射線，該射線稱為經向縫合線；

(b)在第一條緯向縫合線之外，作一條與之平行的線段，端點在等腰三角形兩個邊的延長線上，稱為第二條緯向縫合線；第二條緯向縫合線與第一條緯向縫合線之間距離為n₁；

假設第一條緯向縫合線距離頂點的高度為L₀，則第二條緯向縫合線內被步驟(a)中所述的徑向縫合線分割成的x個線段尺寸即該緯向縫合線上的縫合間距

(c)同理，作第三條緯向縫合線，其與第二條緯向縫合線間距為n₂，第三條緯向縫合線內部縫合間距