本发明专利技术公开了一种C/C‑SiC复合材料部件的制造方法。本发明专利技术方法包括：步骤1、将碳纤维粉和酚醛树脂粉按照（3：7）～（7：3）的质量配比充分混合；步骤2、对步骤1所得到的混合料进行冷压成型，得到素坯；步骤3、对所述素坯依次进行预氧化处理、碳化处理，得到碳坯；步骤4、对所述碳坯进行反应渗硅处理，得到初步的C/C‑SiC复合材料部件；步骤5、在初步的C/C‑SiC复合材料部件表面制备SiC涂层，得到最终的C/C‑SiC复合材料部件。本发明专利技术还公开了一种使用上述方法制造的C/C‑SiC复合材料部件。相比现有技术，本发明专利技术可一次性获得近净成型的C/C‑SiC复合材料部件，基本不需要二次加工，制造周期短，制造成本低，并且所获得的C/C‑SiC复合材料部件具有优异的性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种C/C-SiC复合材料部件的制造方法以及采用该方法制造的C/C-SiC复合材料部件。
技术介绍
C/C-SiC复合材料，即炭纤维增强炭和碳化硅双基体材料，该材料具有密度低、抗氧化性能好、耐腐蚀、优异的力学性能和热物理性能等优点，是一种能满足1650℃使用的新型高温结构材料和功能材料。与传统的C/C复合材料相比，由于C/C-SiC复合材料中引入了SiC陶瓷硬质材料作为基体，不仅有效提高了抗氧化性和摩擦系数，而且显著改善了摩擦磨损性能对外界环境介质(潮气、霉菌和油污等)的稳定性。由于C/C-SiC复合材料所具有的优异的高温力学性能、良好的抗热震性能、高热导率、低膨胀系数、良好的化学稳定性等一系列优异性能，其已被广泛应用于航空、航天、军工、核能等领域。目前成熟的制备C/C-SiC复合材料的工艺主要有化学气相沉积、液相渗硅、气相渗硅、陶瓷先驱体浸渍-裂解及综合工艺。C/C-SiC复合材料的预制体主要有一维、二维、三维和多维碳纤维织物；C/C-SiC复合材料的制备工艺不同，碳基体和碳化硅基体的含量不同。不同基体和预制体的组合可以得到不同种类的复合材料满足特殊用途。由于C/C-SiC复合材料具有良好的化学稳定性和高温力学性能，可以用来制备航空、航天、军工、核能等领域所使用的复杂结构部件，例如核能制氢用的中间相换热器。此类部件的结构复杂、尺寸较大，且结构完整性要求高，若采用二维、三维或者多维碳纤维预制体，经化学气相沉积或者陶瓷先驱体浸渍－裂解工艺反复致密化，则制备周期长，制备成本高；更重要地是，现有基于二维、三维或者多维碳纤维预制体的C/C-SiC复合材料制备工艺将材料成型后仍须机械加工，方能获得所需尺寸及规格的构件，因此，对于结构较复杂的部件制造，通常需对C/C-SiC复合材料板材进行大量的机加工处理，而机加工会切断连续的碳纤维，造成材料的性能损伤；另外，加工过程中若出现失误，造成换热器翅片的破坏，需要报废整块C/C-SiC复合材料板材，代价较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种C/C-SiC复合材料部件的制造方法，可一次性获得近净成型的C/C-SiC复合材料部件，基本不需要二次加工，制造周期短，制造成本低，并且所获得的C/C-SiC复合材料部件具有优异的性能。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种C/C-SiC复合材料部件的制造方法，包括以下步骤：步骤1、将碳纤维粉和酚醛树脂粉按照（3：7）～（7：3）的质量配比充分混合；步骤2、对步骤1所得到的混合料进行冷压成型，得到素坯；步骤3、对所述素坯依次进行预氧化处理、碳化处理，得到碳坯；步骤4、对所述碳坯进行反应渗硅处理，得到初步的C/C-SiC复合材料部件；步骤5、在初步的C/C-SiC复合材料部件表面制备SiC涂层，得到最终的C/C-SiC复合材料部件。优选地，使用球磨混合的方法将碳纤维粉和酚醛树脂粉充分混合。优选地，所述碳纤维粉的颗粒长度为100～500mm，所述酚醛树脂粉的颗粒尺寸为75～100mm。优选地，所述预氧化处理的处理温度为230~280 oC。进一步优选的预氧化处理的工艺条件具体如下：以3~7 oC/h的升温速率升温至160 oC，保温10~20h；再以8~12 oC/h的升温速率升温至230~280 oC，保温10~20h；以20oC/h的降温速率降温。优选地，所述碳化处理的工艺条件为：升温至230~280 oC，保温；继续升温至500~700oC，保温；再继续升温至1000oC，保温；降温。进一步优选的碳化处理的工艺条件为：以30~80oC/h的升温速率升温至230~280 oC，保温；以3~8oC/h的升温速率升温至500～700oC，保温；再以30~80oC/h的升温速率升温至1000oC，保温；降温。优选地，使用液相渗硅方法对所述碳坯进行反应渗硅处理。优选地，用气相沉积方法在初步的C/C-SiC复合材料部件表面制备SiC涂层。一种C/C-SiC复合材料部件，使用以上任一技术方案所述方法制造而成。相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：本专利技术使用碳纤维粉和酚醛树脂粉的混合物作为原料，利用冷压成型方式得到素坯，所得素坯的孔隙结构可控，碳化后的收缩变形小，烧结过程中不易开裂变形；配合相应的冷压成型模具，可一次性得到近净成型的C/C-SiC复合材料部件，不需要切削、研磨等二次机加工，有效降低了生产成本，尤其对于核能换热器、航空发动机轴承等采用现有方法难以生产的复杂或大尺寸结构部件，具有重要意义；与现有技术所制备的C/C-SiC复合材料一样，本专利技术制造的C/C-SiC复合材料部件具有良好的化学稳定性和高温力学性能，且由于不需要二次机加工，避免了机加工对材料特性所产生的不良影响。具体实施方式针对现有C/C-SiC复合材料部件制造技术的缺点，本专利技术提出了一种全新的C/C-SiC复合材料部件的制造方法，使用碳纤维粉和酚醛树脂粉的混合物作为原料，利用冷压成型方式得到素坯，所得素坯的孔隙结构可控，碳化后的收缩变形小，烧结过程中不易开裂变形；配合相应的冷压成型模具，可一次性得到近净成型的C/C-SiC复合材料部件，不需要切削、研磨等二次机加工，有效降低了生产成本，并且所制造的部件具有良好的化学稳定性和高温力学性能。具体地，本专利技术方法包括以下步骤：步骤1、将碳纤维粉和酚醛树脂粉按照（3：7）～（7：3）的质量配比充分混合；本专利技术采用碳纤维粉作为增韧相，是因为碳纤维的模量低于碳化硅陶瓷相的模量，满足增韧的必要条件。同时，纤维粉的长度大于临界纤维长度，能在一定程度上起到增强的作用。本专利技术采用酚醛树脂粉作为粘接剂，碳化过程中体积收缩，而碳纤维粉在碳化时可抑制其收缩，从总体上减小了体积收缩比例，降低了材料开裂的风险。其中，碳纤维粉的颗粒长度优选为100～500mm，所述酚醛树脂粉的颗粒尺寸优选为75～100mm。为了使两种材料充分混合，本专利技术优选使用球磨混合的方法，即利用球磨机将碳纤维粉和酚醛树脂粉充分混合。步骤2、对步骤1所得到的混合料进行冷压成型，得到素坯；根据最终部件的形状尺寸设计相应的成型模具，设计模具时应考虑制造过程中产品的收缩比例。为了尽可能减少后续加工，得到近净成型的部件，优选采用耐磨性、表面光洁度更好的合金模具。成型机可根据实际需要采用液压、气压或机械压机。步骤3、对所述素坯依次进行预氧化处理、碳化处理，得到碳坯；预氧化处理、碳化处理的工艺条件可参考现有技术中的工艺参数。本专利技术对预氧化处理、碳化处理的工艺进行了优化。本专利技术预氧化处理的优选处理温度为230~280 oC。进一步优选的预氧化处理的工艺条件具体如下：以3~7 oC/h的升温速率升温至160 oC，保温10~20h；再以8~12 oC/h的升温速率升温至230~280 oC，保温10~20h；以20oC/h的降温速率降温。本专利技术碳化处理的优选工艺条件为：升温至230~280 oC，保温；继续升温至500~700oC，保温；再继续升温至1000oC，保温；降温。进一步优选的碳化处理的工艺条件为：以30~80oC/h的升温速率升温至230~28本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种C/C‑SiC复合材料部件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将碳纤维粉和酚醛树脂粉按照（3：7）～（7：3）的质量配比充分混合；步骤2、对步骤1所得到的混合料进行冷压成型，得到素坯；步骤3、对所述素坯依次进行预氧化处理、碳化处理，得到碳坯；步骤4、对所述碳坯进行反应渗硅处理，得到初步的C/C‑SiC复合材料部件；步骤5、在初步的C/C‑SiC复合材料部件表面制备SiC涂层，得到最终的C/C‑SiC复合材料部件。
【技术特征摘要】
1.一种C/C-SiC复合材料部件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将碳纤维粉和酚醛树脂粉按照（3：7）～（7：3）的质量配比充分混合；步骤2、对步骤1所得到的混合料进行冷压成型，得到素坯；步骤3、对所述素坯依次进行预氧化处理、碳化处理，得到碳坯；步骤4、对所述碳坯进行反应渗硅处理，得到初步的C/C-SiC复合材料部件；步骤5、在初步的C/C-SiC复合材料部件表面制备SiC涂层，得到最终的C/C-SiC复合材料部件。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，利用球磨混合的方法将碳纤维粉和酚醛树脂粉充分混合。3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述碳纤维粉的颗粒长度为100～500mm，所述酚醛树脂粉的颗粒尺寸为75～100mm。4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述预氧化处理的处理温度为230~280 oC。5.如权利要求4方法，其特征在于，所述预氧化处理的工艺条件具体如下：以3~7 oC/h的升温速率升温至160...
【专利技术属性】
技术研发人员：张东生，夏汇浩，周兴泰，杨新梅，叶林凤，冯尚蕾，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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