本发明专利技术公开一种高性能SiC陶瓷基复合材料航空发动机叶片的制造方法，采用3D打印技术制备了航空发动机叶片模具，再通过凝胶注模法制备出加入碳纤维的SiC陶瓷素坯件，经过冷冻干燥、脱脂等工艺得到多孔SiC陶瓷预制件，然后多次浸渍裂解有机物前驱体，利用裂解产物填充预制件的孔隙，使其达到初步致密，为了保证制件强度与致密度，最终使用热等静压方法制造出高性能SiC陶瓷基复合材料航空发动机叶片。该方法结合多种近净成型技术克服了SiC材料加工困难等缺点，与传统的合金叶片相比较，SiC陶瓷基复合材料航空发动机叶片具有质量轻、耐高温的优势，是未来航空发动机叶片发展的趋势。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术属于陶瓷基复合材料复杂零件制造
，涉及一种。【
技术介绍
】叶片是航空发动机的关键部件，为了不断提高航空发动机的综合性能，则需要提高航空发动机的燃气温度，这就要求叶片有足够高的承热能力。传统采用的高温合金使用温度有限，且密度较高(8.03-8.06g/cm3)，制约了航空发动机性能的进一步提升。【
技术实现思路
】本专利技术的目的在于提供一种，该方法基于3D打印技术，经过凝胶注模、热等静压工艺制造出高性能SiC陶瓷基复合材料航空发动机叶片，该叶片耐高温且密度低，有利于提高航空发动机的综合性能。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:，包括以下步骤:I)制备航空发动机叶片的树脂I吴具；2)制备固相颗粒分散均匀的SiC悬浮浆料；3)采用真空注型技术将SiC悬浮浆料浇入树脂模具内，得到SiC陶瓷素坯；4)将得到的SiC陶瓷素坯进行冷冻干燥处理，去除坯体内的结晶水得到干燥的生坯；并使用液氮将其树脂模具去除；5)在气氛保护下对干燥的生坯进行脱脂工艺，将坯体内部有机物烧蚀，得到多孔的SiC陶瓷叶片；6)通过进行多次前驱体浸渍裂解工艺，将多孔的SiC陶瓷叶片初步致密化；7)利用等静压技术，将初步致密化的SiC陶瓷叶片烧结，最终制造出致密度大于或等于95%的SiC陶瓷基复合材料叶片。优选的，步骤2)具体包括:2.1)按照具有PCS涂层的松散单丝短碳纤维:纳米SiC:预混液=1: (5?15):45的体积比将具有PCS涂层的松散单丝短碳纤维和纳米SiC加入到配置好的预混液当中，并进行超声分散得到分散好的预混液；2.2)将微米SiC混合粉末加入步骤2.1)分散好的预混液中得到混合浆料，然后加入混合浆料中固相成分0.5?2wt%的聚丙烯酸钠作为分散剂；然后把混合浆料置入机械搅拌器内搅拌均匀，最终得到固相颗粒分散均匀的SiC悬浮浆料；其中，微米SiC混合粉末的加入量与步骤2.1)中所使用的预混液的体积比为(39?49):45 ；所述预混液的制备方法为:将有机单体丙烯酰胺和交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺，按照质量比(6?24):1混合，然后在室温下溶解到去离子水中，配制成质量分数为15?25%的预混液；所述具有PCS涂层的松散单丝短碳纤维的制备方法为:将固态PCS研磨成粉末，溶于二甲苯中，配制成质量分数的20wt%?25被％的PCS/Xylene浸渍液；将长度为0.5?4mm短碳纤维加入浸渍液中，超声波处理排除短碳纤维表面沟壑中的气泡；静置Ih后取出，于140°C保温8h使PCS与空气中的氧发生氧化自交联反应；然后将完成交联的短碳纤维在二甲苯中超声分散5min，取出后烘干；循环上述操作I?2次，得到表面具有均匀而光滑的PCS涂层的松散单丝短碳纤维；微米SiC混合粉末由粗SiC粉和细SiC粉以质量比(3?5):1混合而成，所述粗SiC粉的粒径为40?60um，细SiC粉的粒径为2?10 μ m。优选的，步骤3)具体包括以下步骤:将SiC悬浮浆料置入真空注型机内，先后加入催化量的催化剂和引发剂，搅拌均匀后开始向树脂模具内浇注悬浮浆料，同时开启振动台，排尽树脂模具内气泡；待真空浇注完成后，在大气环境常温静置彻底完成单体交联固化得到凝胶后的叶片素坯；其中，所述催化剂为质量分数为25%的四甲基乙二胺溶，所述引发剂为质量分数为30%过硫酸铵溶液，催化剂的质量与引发剂的质量比为1:6-7。优选的，步骤4)具体包括:将凝胶后的叶片素坯放置于_60°C冻柜内，冷冻3?5h，使生坯中的水分完全冷冻结晶；然后使用液氮剥离树脂模具，再将生坯放入冷冻干燥机的真空负压舱内，持续抽真空至真空度保持在0.1Pa?10Pa，使得生坯内的结晶水完全升华得到干燥的生坯。优选的，步骤5)具体包括:将干燥的生坯在气氛箱式炉内完成脱脂工艺，以氩气为保护气体，脱脂升温工艺:以5°C /min的升温速率从室温升温至200°C，然后以1°C /min的升温速率从200°C升温至700°C，然后以2 V /min的升温速率从700°C升温至?900°C并保温Ih ;脱脂后，得到多孔的SiC陶瓷叶片。优选的，步骤6)具体包括:将得到的多孔的SiC陶瓷叶片放置真空罐内，抽真空后吸入SiC/PCS/xylene浸渍浆料，真空度为8 X 10_2，保压浸渍30min ;将浸渍后的制件，于80°C下干燥2?4h，然后升温到150°C完成氧化交联；然后在Ar气保护下，以5°C /min的速度升温至1300°C进行裂解，并在1300°C保温I?1.5h ;然后将浸渍剂更换为PCS/xylene溶液，重复上述浸渍裂解工艺得到初步致密化的SiC陶瓷叶片；SiC/PCS/Xylene浸渍浆料中SiC的质量分数为10%，PCS的质量分数为40%，SiC为纳米颗粒；PCS/Xylene浸渍浆料中PCS的质量分数为40%。优选的，步骤7)具体包括:将初步致密化的SiC陶瓷叶片从室温以5°C /min的升温速率进行升温至1500°C，并在1500°C保温时间1.5?2h进行热等静压烧结，热等静压烧结以氩气为传压介质，压力10MPa ;热等静压烧结完成后随炉冷却至室温，得到所要制备的高性能SiC陶瓷基复合材料航空发动机叶片。优选的，步骤2)具体包括:2.1)按照具有PCS涂层的松散单丝短碳纤维:预混液=(5?15):45的体积比将具有PCS涂层的松散单丝短碳纤维加入到配置好的预混液当中，并进行超声分散得到分散好的预混液；2.2)再以石墨:娃粉:SiC:预混液=6:14: (20?30):45的体积将石墨、硅粉和SiC粉末加入分散好的预混液中得到混合浆料，然后加入混合浆料中固相成分0.5?2wt %的分散剂；然后把浆料置入机械搅拌器内搅拌均匀，最终得到固相颗粒分散均匀的SiC悬浮楽料；石墨粒径为15?25um，娃粉粒径为5um，SiC粉末粒径为40?60um ；所述预混液的制备方法为:将有机单体丙烯酰胺和交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺，按照质量比(6?24):1混合，然后在室温下溶解到去离子水中，配制成质量分数为15?25%的预混液；所述具有PCS涂层的松散单丝短碳纤维的制备方法为:将固态PCS研磨成粉末，溶于二甲苯中，配制成质量分数的20wt%?25被％的PCS/Xylene浸渍液；将长度为0.5?4mm短碳纤维加入浸渍液中，超声波处理排除短碳纤维表面沟壑中的气泡；静置Ih后取出，于140°C保温8h使PCS与空气中的氧发生氧化自交联反应；然后将完成交联的短碳纤维在二甲苯中超声分散5min，取出后烘干；循环上述操作I?2次，得到表面具有均匀而光滑的PCS涂层的松散单丝短碳纤维。优选的，步骤I)具体包括:使用三维建模软件构建航空发动机叶片三维原型，然后对原型抽壳得到叶片模具，将其导出为stl格式，再将其导入分层软件Magics中，对叶片模具模型进行分层处理；将Magics处理数据导入光固化快速成型机中，启动程序，完成叶片光固化树脂模具的制造；扫描参数:光斑大小为0.14mm，激光功率为300mw，扫描速度为5500mm/s，层厚 0.1mm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果:本专利技术提供一种，采用3D打印技术制备出光固化叶片负型模具，使用凝胶注模法得本文档来自技高网...
【技术保护点】
高性能SiC陶瓷基复合材料航空发动机叶片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备航空发动机叶片的树脂模具；2)制备固相颗粒分散均匀的SiC悬浮浆料；3)采用真空注型技术将SiC悬浮浆料浇入树脂模具内，得到SiC陶瓷素坯；4)将得到的SiC陶瓷素坯进行冷冻干燥处理，去除坯体内的结晶水得到干燥的生坯；并使用液氮将其树脂模具去除；5)在气氛保护下对干燥的生坯进行脱脂工艺，将坯体内部有机物烧蚀，得到多孔的SiC陶瓷叶片；6)通过进行多次前驱体浸渍裂解工艺，将多孔的SiC陶瓷叶片初步致密化；7)利用等静压技术，将初步致密化的SiC陶瓷叶片烧结，最终制造出致密度大于或等于95％的SiC陶瓷基复合材料叶片。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：鲁中良，曹继伟，白树钊，李涤尘，卢秉恒，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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