[发明专利]一种薄壁圆锥圆筒形陶瓷基复合材料构件的成型方法

摘要

本发明涉及一种陶瓷基复合材料的成型方法，特别涉及一种薄壁圆锥圆筒形陶瓷基复合材料构件的成型方法。本发明采用热压罐定型与石墨模具保型的联合定型方式；热压罐工艺多适用于树脂基复合材料的成型，罐内压力一般小于1MPa，罐内温度一般小于300℃，且为一次成型。本发明可以解决薄壁圆锥圆筒形陶瓷基复合材料构件成型难度大的问题，与现有成型方法相比，能够成型出纤维体积分数均匀，型面精度高的薄壁圆锥圆筒形陶瓷基复合材料构件。本发明充分利用了热压罐适合成型薄壁圆锥圆筒形构件的优点，同时利用石墨模具耐高温、定型稳定的优点，在热压罐定型后转入石墨模具中保型，保证后续高温致密化工艺中的构件成型精度。

主权项

1.一种薄壁圆锥圆筒形陶瓷基复合材料构件的成型方法，其特征包括以下步骤：(1)、纤维预制体的制备：以连续纤维为原料，根据拟成型构件的结构与形状尺寸，编织制备纤维预制体；(2)、定型模具的设计与制造：根据拟成型构件的结构与形状尺寸进行定型模具设计和制造；包括根据构件内型面制造用于热压罐成型的阳模，及根据构件内、外型面制造后续致密化过程中的保型模具；(3)、界面层的制备：将纤维预制体置于化学气相沉积炉内，进行纤维表面界面层的涂覆，界面层由热解碳、碳化硅或氮化硼材料构成，热解碳界面层的制备工艺为：以丙烷为碳源，温度为950℃～1100℃，炉压为2KPa～4KPa，流量为1000ml/min～3000ml/min，沉积时间为4h～10h；(4)、浸渍液的配制：以聚碳硅烷为溶质，以二甲苯为溶剂，溶质占聚碳硅烷溶液重量百分比的40～60％，配制聚碳硅烷溶液作为浸渍液；(5)、浸渍：将涂覆界面层的连续纤维预制体置于上述浸渍液中浸渍，浸渍环境相对压力为‑0.05MPa～‑0.10MPa，浸渍时间不小于24小时；(6)、热压罐定型：将纤维预制体依照构件内型面对应铺贴于阳模上固定，并用真空袋包裹封闭，置于热压罐中并将真空袋抽真空，热压罐压力直接作用在阳模上的纤维预制体外形上从而进行定型固化，热压罐温度为180℃～220℃、压力为1.0MPa～4.0MPa，保压时间为1～2小时，然后卸压自然降温至室温；(7)、转模：将热压罐定型固化后的纤维预制体转移至保型模具中并固定，保型模具采用高纯石墨材质；(8)、高温裂解：将置于保型模具中的纤维预制体连同保型模具一起放入高温裂解炉中，在高纯氮气气氛下进行高温裂解，炉压为1.0KPa～4.0KPa，裂解温度为1000℃～1300℃，保温0.5～1小时，自然降温至室温；(9)、致密化：重复上述步骤(5)和步骤(8)，循环4～6次后，纤维预制体从保型模具脱模，再重复步骤(5)和步骤(8)，直到纤维预制体质量增重小于1％为止；(10)、加工：将完全致密化后的纤维增强陶瓷基复合材料毛坯件进行精加工，加工方法采用机械加工、水切割加工或激光加工，加工出满足构件形状尺寸要求的薄壁圆锥圆筒形陶瓷基复合材料构件。