一种陶瓷基复合材料构件共固化成型工艺制造技术

本发明专利技术一种陶瓷基复合材料构件共固化成型工艺，该工艺根据成型及铺层设计方案将碳化硅纤维预浸料裁剪、铺贴，通过预成型或热压成型分别制备预制体A、B、C、D，将预制体A、B、C及D相互之间通过胶粘辅助体系粘结，经热压固化制备共固化构件，经高温碳化制备多孔体构件；多孔体构件通过熔融渗硅的方法制备得到碳化硅纤维增强的CMC构件。该方法可用于陶瓷基复合材料复杂构件的整体成型，提高了复杂构件的成型质量，降低了制备成本，对于提高复杂构件的使用寿命及性能等具有重要意义。

Co curing process for ceramic matrix composite components

The invention relates to a co-curing forming process for ceramic matrix composite components. According to the forming and laying design scheme, the silicon carbide fiber prepreg is cut and laid, and the preforms A, B, C and D are prepared by pre-forming or hot-pressing respectively. The preforms A, B, C and D are bonded with each other through an adhesive auxiliary system and are hot-pressed. The co-curing component was prepared by solidification, and the porous component was prepared by high temperature carbonization. The porous component was prepared by melting and siliconizing to obtain the CMC component reinforced by silicon carbide fiber. This method can be applied to the integral molding of complex components of ceramic matrix composites, which improves the forming quality of complex components and reduces the manufacturing cost. It is of great significance to improve the service life and performance of complex components.

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷基复合材料构件共固化成型工艺
本专利技术是一种陶瓷基复合材料构件共固化成型工艺，属于复合材料成型制造
技术背景CMC(陶瓷基复合材料)由于其优良的耐高温性能而在高压压气机叶片和机匣、高压和低压涡轮盘及叶片、燃烧室、加力燃烧室、火焰稳定器和排气喷管等热端部件具有重要的应用。陶瓷基复合材料应用范围较广，所涉及构件种类多，形状复杂。结合陶瓷基复合材料成型工艺特点，对于部分结构较为复杂的陶瓷基复合材料构件整体成型具有一定难度。现有采用预浸料共固化成型工艺多应用于树脂基复合材料加筋构件、复杂构件的成型中，有助于提高复合材料构件的成型效率及成型质量，但在陶瓷基复合材料复杂构件的成型过程中未有涉及。一方面和陶瓷基复合材料的工艺过程有关，目前国内较多采用CVI或PIP工艺制备陶瓷基复合材料构件时无需采用预浸料，故不涉及共固化工艺过程，国内外采用预浸料-熔渗工艺的研究中所制备陶瓷基复合材料的应用范围正在逐步扩大，现阶段所涉及复杂构件较少，故采用预浸料共固化-熔渗制备复杂结构陶瓷基复合材料构件的研究鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术正是针对现有技术成型陶瓷基复合材料复杂构件工艺难题而提供了一种陶瓷基复合材料构件共固化成型工艺，实现了陶瓷基复合材料预浸料通过共固化工艺整体成型陶瓷基复合材料预制体，随后高温烧结制备多孔体，并通过熔融渗硅制备陶瓷基复合材料整体构件，实现复杂构件的整体成型。通过该工艺有效降低了陶瓷及复合材料复杂构件的成型难度，对于提高构件的成型质量具有重要意义。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：该种陶瓷基复合材料构件共固化成型工艺，其特征在于：该共固化成型工艺的步骤为：步骤一、裁剪SiC纤维预浸料，按照构件成型的铺层设计进行铺贴，制备SiC纤维预浸料预制体；步骤二、将步骤一所制备SiC纤维预浸料预制体装入预成型工装，通过预成型制备成型构件的不同组件，成型方法选择如下方法中的一种：第一种：热压固化成型，成型温度为100～400℃，成型压力约为1～10MPa，保压时间为1～5h；第二种：压力预成型，在室温条件下对SiC纤维预浸料预制体进行预成型，成型压力约为1～5MPa，保压时间为1～2h；步骤三、将成型构件的不同组件进行组合，在连接面上涂抹胶粘剂，胶粘剂采用与SiC纤维预浸料相同的树脂体系，将组合体放入成型工装，通过热压固化成型，成型温度为100～400℃，成型压力约为1～10MPa，保压时间约为1～5h，制备共固化构件；步骤四、将制备的共固化构件通过高温碳化处理的方式得到多孔体构件，多孔体制备的最高温度为1200℃，保温时间1～5h；步骤五、将制备的多孔体构件通过高温熔融渗硅的方式得到陶瓷基复合材料构件，熔融渗硅的温度为1400℃～1600℃，保温时间0.5～5h。步骤二中所述热压固化成型的方式为热压机模压成型、热压罐成型、真空袋热压及其组合热压成型方式，热压环境气氛为空气气氛、惰性气氛及真空环境。步骤三中所述的胶粘剂为树脂体系料浆或树脂体系胶膜。本专利技术的优点和特点：1.本专利技术实现了通过陶瓷基复合材料预浸料胶接共固化工艺成型一体化的构件，该构件可以是形状复杂的构件，避免了陶瓷基复合材料复杂构件分区成型后的加工及连接问题，降低了陶瓷基复合材料复杂构件的成型难题，有效提高复杂构件的成型质量及制备效率；2.本专利技术采用相同体系预浸料或热压固化预制体作为共固化对象，不引入新体系，有利于后续多孔体制备及陶瓷基复合材料构件制备的工艺性能；3.本专利技术采用胶接树脂体系料浆或胶膜在高温处理后易去除或转变为多孔体体系一致或类似的体分，有效避免粘结区域的多孔体的孔结构遭到破坏，保证熔渗工艺性能，同时通过熔渗工艺将其转变并融入到陶瓷基复合材料构件基体中，有助于复合材料整体成型；4.本专利技术采用陶瓷基复合材料预制体分区成型，有利于检测及控制各区域的成型质量，简化成型过程中的质量控制难度，提高陶瓷基复合材料复杂构件成型过程中的质量控制效率，减少材料浪费，全面提高构件的成型质量；5.本专利技术采用热压固化预制体及胶接树脂体系料浆或胶膜制备共固化预制体，成型操作便捷，降低对成型设备的要求，对采用预浸料-融渗制备陶瓷基复合材料复杂构件具有重要意义。本专利技术技术方案使陶瓷基复合材料构件在航天航空领域的应用范围得到了扩大，随着应用成熟度的不断提高，本专利技术技术方案所实现的预浸料共固化-熔渗工艺制备陶瓷基复合材料复杂构件在技术上会变得更加的意义重大。附图说明图1为本专利技术技术方案的工艺流程示意图图2为本专利技术实施例中陶瓷基复合材料构件的结构示意图具体实施方式以下将结合附图和实施例对本专利技术技术方案作进一步地详述：实施例1参见图1～2所示，一种制备陶瓷基复合材料构件的工艺步骤如下：步骤一、裁剪SiC纤维预浸料，按照构件成型的铺层设计进行铺贴，制备SiC纤维预浸料预制体A类3件、B类2件、C类2件及D类1件；步骤二、将步骤一所制备的SiC纤维预浸料A类预制体装入A类预成型工装，通过热压机模压固化成型，成型温度为350℃，成型压力为5MPa，保压时间为5h，制备热压预制体A1、A2及A3；步骤三、将步骤一所制备的SiC纤维预浸料B类预制体装入B类预成型工装，在室温条件下对B类预制体进行预成型，成型压力约为2MPa，保压时间为1h，制备得到预制体B1及B2；步骤四、将步骤一所制备的SiC纤维预浸料C类预制体装入C类预成型工装，在室温条件下对C类预制体进行预成型，成型压力约为2MPa，保压时间为1h，制备得到预制体C1及C2；步骤五、将步骤一所制备的SiC纤维预浸料D类预制体装入D类预成型工装，通过热压机模压固化成型，成型温度为350℃，成型压力为5MPa，保压时间为5h，制备热压预制体D；步骤六、将步骤二～步骤五所制备的7个组件进行组合，在连接面上涂抹树脂体系料浆，将组合体放入成型工装，通过热压固化成型，成型温度为350℃，成型压力约为6MPa，保压时间约为5h，制备共固化构件；步骤七、将制备的共固化构件通过高温碳化处理的方式得到多孔体构件，多孔体制备的最高温度为1200℃，保温时间3h；步骤八、将制备的多孔体构件通过高温熔融渗硅的方式得到陶瓷基复合材料构件，熔融渗硅的温度为1500℃，保温时间1h。实施例2一种制备陶瓷基复合材料构件的工艺步骤如下：步骤一、裁剪SiC纤维预浸料，按照构件成型的铺层设计进行铺贴，制备SiC纤维预浸料预制体A类3件、B类2件、C类2件及D类1件；步骤二、将步骤一所制备的SiC纤维预浸料A类预制体装入A类预成型工装，通过热压罐固化成型，成型温度为400℃，升温速率为3℃/min，成型压力约为4MPa，保压时间约为3h，制备热压预制体A1、A2及A3；步骤三、将步骤一所制备的SiC纤维预浸料B类预制体装入B类预成型工装，通过热压罐固化成型，成型工艺与A类预制体热压罐固化工艺相同，制备得到预制体B1及B2；步骤四、将步骤一所制备的SiC纤维预浸料C类预制体装入C类预成型工装，通过热压罐固化成型，成型工艺与A类预制体热压罐固化工艺相同，制备热压基预制体C1及C2；步骤五、将步骤一所制备SiC纤维预浸料D类预制体装入D类预成型工装，通过热压机模压固化成型，成型温度为350℃，成型压力为5MPa，保压时间为5h，制备热压预制体D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷基复合材料构件共固化成型工艺，其特征在于：该共固化成型工艺的步骤为：步骤一、裁剪SiC纤维预浸料，按照构件成型的铺层设计进行铺贴，制备SiC纤维预浸料预制体；步骤二、将步骤一所制备SiC纤维预浸料预制体装入预成型工装，通过预成型制备成型构件的不同组件，成型方法选择如下方法中的一种：第一种：热压固化成型，成型温度为100～400℃，成型压力约为1～10MPa，保压时间为1～5h；第二种：压力预成型，在室温条件下对SiC纤维预浸料预制体进行预成型，成型压力约为1～5MPa，保压时间为1～2h；步骤三、将成型构件的不同组件进行组合，在连接面上涂抹胶粘剂，胶粘剂采用与SiC纤维预浸料相同的树脂体系，将组合体放入成型工装，通过热压固化成型，成型温度为100～400℃，成型压力约为1～10MPa，保压时间约为1～5h，制备共固化构件；步骤四、将制备的共固化构件通过高温碳化处理的方式得到多孔体构件，多孔体制备的最高温度为1200℃，保温时间1～5h；步骤五、将制备的多孔体构件通过高温熔融渗硅的方式得到陶瓷基复合材料构件，熔融渗硅的温度为1400℃～1600℃，保温时间0.5～5h。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基复合材料构件共固化成型工艺，其特征在于：该共固化成型工艺的步骤为：步骤一、裁剪SiC纤维预浸料，按照构件成型的铺层设计进行铺贴，制备SiC纤维预浸料预制体；步骤二、将步骤一所制备SiC纤维预浸料预制体装入预成型工装，通过预成型制备成型构件的不同组件，成型方法选择如下方法中的一种：第一种：热压固化成型，成型温度为100～400℃，成型压力约为1～10MPa，保压时间为1～5h；第二种：压力预成型，在室温条件下对SiC纤维预浸料预制体进行预成型，成型压力约为1～5MPa，保压时间为1～2h；步骤三、将成型构件的不同组件进行组合，在连接面上涂抹胶粘剂，胶粘剂采用与SiC纤维预浸料相同的树脂体系，将组合体放入成型工装，通过热压固化成型，成型温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜卓钰，焦健，杨金华，吕晓旭，周怡然，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11