本发明专利技术属于SiC基复合材料领域，具体涉及一种复杂结构高韧性SiC基复合材料零件的快速制造方法。所述制造方法为：将N源和B源与碳纤维粉末混合后制备BN包覆碳纤维复合粉末；加入酚醛树脂制备酚醛树脂/BN-双包覆碳纤维复合粉末；利用SLS快速成形技术制备复杂结构零件坯件；对坯件内的酚醛树脂进行热解处理，得到Cf/C预制件；对预制件进行渗硅蒸气处理，得到Cf/SiC复合材料零件。本发明专利技术利用酚醛树脂/BN-双包覆碳纤维复合粉末解决了碳纤维在GSI过程中易受到高温气相硅损害的问题；利用SLS技术可成形高精度复杂结构坯件，结合GSI工艺完成致密化，缩短生产周期，快速制造出复杂结构高韧性SiC基复合材料零件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于SiC基复合材料领域，具体涉及一种复杂结构高韧性Sic基复合材料零件的快速制造方法。
技术介绍
碳纤维增韧SiC陶瓷基复合材料是一种新型的高韧性高温结构材料，在发动机等装备的耐热端结构方面拥有广阔的发展前景，而碳纤维增韧SiC陶瓷基复合材料由于脆性大、硬度高，复杂结构的零件制造困难，严重制约了高韧性SiC陶瓷基复合材料零件的进一步推广应用。目前，现有的制备SiC陶瓷基复合材料零件的方法主要有先驱体浸渍裂解工艺(PIP)，化学气相渗透工艺(CVI)，纳米浸渍与瞬时共晶(NITE)和液相渗硅工艺(LSI)。其中，PIP工艺周期长，成本高，残余孔隙率较高，不适于投入生产。CVI工艺设备复杂，制备周期长，成本高，不适宜制备较厚制件。NITE工艺虽然周期短、产品致密度高，但其在高温高压环境易对纤维造成损伤，导致纤维性能下降，影响增韧效果，热压的方法也无法适用于复杂结构零件。LSI工艺在渗硅过程中也较易发生硅和纤维之间的反应，造成纤维受损，导致性能下降，而且液相硅在浸渗时极易发生孔隙堵塞，导致制件缺陷。另外，上述几种制备方法只适用于简单形状零件的制备，不能满足高精度复杂结构零件的制造。另外，成型复杂结构SiC基复合材料零件的方法如注射成型技术、注浆成型技术、三维编织技术等，存在模具制造困难，周期长，个性化程度不高等缺点。综上所述，目前SiC陶瓷基复合材料零件的制造方法不仅制造工艺复杂、制造条件高、生产效率低、成本要求高，而且很难满足任意复杂结构零件的精度、强度、韧性等要求。因此，传统SiC陶瓷基复合材料零件的制造方法已大大阻碍了大规模生产和应用。目前，采用激光选区烧结(Selective Laser Sintering，SLS)快速制造技术，可成形出具有多孔隙的SiC陶瓷零件形坯，再经脱脂和高温烧结后形成多孔SiC陶瓷零件毛坯。但用这种方法制造坯件密度、强度和韧性较低，应用范围窄。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，目的在于提供。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为:—种复杂结构高韧性SiC基复合材料零件的快速制造方法，其特征在于，包括如下步骤:(1)将N源和B源混合、充分研磨后，加入碳纤维粉末，湿磨混料、烘干；将混合料置于氢气炉内高温煅烧，再经干磨、过筛后，得到BN紧密包覆在碳纤维表面的BN-碳纤维复合粉末；(2)将BN-碳纤维复合粉末和酚醛树脂按1:5?1:15的质量比混合，加入5000ml?7000ml的无水乙醇，升温至60?70°C搅拌均匀后，加热至80?90°C并保温0.5?lh，然后冷却至室温，得到混合料，混合料经烘干、过筛后，得到酚醛树脂紧密包覆在BN-碳纤维复合粉末表面的酚醛树脂/BN-双包覆碳纤维复合粉末；(3)在计算机上对复杂结构零件进行三维数字化建模，将三维数字化建模输入到SLS成型机，以酚醛树脂/BN-双包覆碳纤维复合粉末为原料，利用SLS快速成形工艺进行粉末烧结成型，制备得到复杂结构零件坯件； (4)将复杂结构零件坯件放入N2保护烧结装置中，对坯件内的酚醛树脂进行热解处理，形成碳骨架，得到Cf/C预制件；将Cf/C预制件放入气相渗硅炉中，对Cf/C预制件进行渗硅蒸气处理，渗硅蒸气结束后，得到Cf/SiC复杂结构零件。上述方案中，所述N源为尿素、铵盐或硝酸盐；所述B源为硼酸或硼砂。上述方案中，所述湿磨混料的介质为无水乙醇，湿磨混料的时间为8?12h。上述方案中，所述高温煅烧为:在流动氢气气氛保护下，氢气炉内加热到1000 °C ?1100°(:，保温611?10h。上述方案中，所述SLS快速成形工艺为:将酚醛树脂/BN-双包覆碳纤维复合粉末预热至90°C?110°C，控制SLS成型机的激光功率为10?20w，扫描速度1000?2000mm/s，扫描间距0.1?0.2mm,单层层厚0.1?0.2mm。上述方案中，所述对坯件内的酚醛树脂进行热解处理的工艺条件为:以0.5?2°C /min的速率加热至850°C?1000°C，保温1.5?2小时。上述方案中，所述对Cf/C预制件进行加热和渗硅蒸气处理的工艺条件为:以5°C /min的速率加热至1500?1700°C，同时打开硅蒸气产生装置通入硅蒸气，保温2?3小时。本专利技术以酚醛树脂/BN-双包覆碳纤维复合粉末为原料，利用SLS/GSI复合成形快速制造工艺，制备得到Cf/SiC复杂结构零件。其中，利用酚醛树脂/BN-双包覆碳纤维复合粉末可以解决碳纤维在GSI过程中易受到高温气相硅损害的问题，酚醛树脂可作为SLS成形用粘接剂，也可作为热解形成碳骨架的碳源。利用SLS技术可成形高精度复杂结构坯件，结合GSI工艺完成致密化，缩短生产周期，快速制造出SiC陶瓷基复合材料零件。本专利技术的有益效果如下:(1)本专利技术所述酚醛树脂/BN-双包覆碳纤维复合粉末中，BN可作为界面层材料，有效保护工艺过程中碳纤维的结构不受损伤，碳纤维_SiC陶瓷间的BN界面层除了可以减缓高温下气相硅对碳纤维的损伤，还具有松粘裂纹、传递载荷、缓解与阻挡热应力的作用，在碳纤维增韧陶瓷零件受力过程中，可借助裂纹偏转和纤维桥接、拔出的方式极大地改善陶瓷材料的韧性，从而保证零件的性能；(2)本专利技术所述制备方法中，SLS快速成形技术具有成本低，成型周期短，产品精度高，不需要生产模具，可成形任意复杂结构零(坯)件等优点；(3)本专利技术采用GSI工艺，制备得到的Cf/SiC复合材料的渗透速度更高，渗透深度更大，选择合适地工艺条件时，可防止坯体开裂、浸渗孔道堵塞等问题；(4)本专利技术所述酚醛树脂/BN-双包覆碳纤维复合粉末材料的致密度高、性能好，可实现高精度任意复杂结构零件的柔性快速制造；(5)本专利技术采用酚醛树脂作为粘结剂，具有SLS粘结效果好，热解后含碳率高等优点。【附图说明】图1为本专利技术的流程图。图2为本专利技术制备方法中，所述酚醛树脂/BN-双包覆碳纤维复合粉末经SLS成形、酚醛树脂热解、渗硅蒸气处理后，粉末粘接及致密化示意图，其中1为碳纤维，2为BN界面层，3为酚醛树脂，4为碳骨架，5为SiC基体。【具体实施方式】为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1—种复杂结构高韧性SiC基复合材料零件的快速制造方法(工艺流程图见图1)，具体包括如下步骤:(1)将尿素和硼酸按照1:4的摩尔比混合，在研钵中充分研磨后，与碳纤维粉末一起放入球磨罐中，加入无水乙醇，使用陶瓷磨柱，湿磨混料8h,然后烘干；将该混合粉料放入陶瓷坩祸，在氢气炉内加热到1000°C，保温6h，流动氢气气氛，反应结束后，粉料经干磨、过筛，得到BN紧密包覆在碳纤维表面的BN-碳纤维复合粉末；(2)将BN-碳纤维复合粉末和酚醛树脂按1:5的质量比加入到搅拌釜中，加入5000?7000毫升无水乙醇浸过混料和搅拌头，开始搅拌，同时将温度升高至60?70°C，混合均匀后，加热至80?90°C，并保温0.5?1小时，然后冷却至室温，得到混合料，经烘干、过筛后，得到酚醛树脂紧密包覆在BN-碳纤维复合粉末表面的酚醛树脂/BN-双包覆碳纤维复合粉末；(3)在计算机上对复杂结构零件进行三维数字化建模，将三维数字化建模输入到SLS成型机，将酚醛树脂/BN-双包本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种复杂结构高韧性SiC基复合材料零件的快速制造方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将N源和B源混合、充分研磨后，加入碳纤维粉末，湿磨混料、烘干；将混合料置于氢气炉内高温煅烧，再经干磨、过筛后，得到BN紧密包覆在碳纤维表面的BN‑碳纤维复合粉末；（2） 将BN‑碳纤维复合粉末和酚醛树脂按1：5~1：15的质量比混合，加入的无水乙醇，升温至60～70℃搅拌均匀后，加热至80～90℃并保温0.5～1 h，然后冷却至室温，得到混合料，混合料经烘干、过筛后，得到酚醛树脂紧密包覆在BN‑碳纤维复合粉末表面的酚醛树脂/BN‑双包覆碳纤维复合粉末；（3）在计算机上对复杂结构零件进行三维数字化建模，将三维数字化建模输入到SLS成型机，以酚醛树脂/BN‑双包覆碳纤维复合粉末为原料，利用SLS快速成形工艺进行粉末烧结成型，制备得到复杂结构零件坯件；（4）将复杂结构零件坯件放入N2保护烧结装置中，对坯件内的的酚醛树脂进行热解处理，形成碳骨架，得到Cf/C预制件；将Cf/C预制件放入气相渗硅炉中，对Cf/C预制件进行渗硅蒸气处理，处理结束后，得到Cf/SiC复杂结构零件。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，王江，黄尚宇，陈方杰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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