基于连续碳/碳化硅纤维混杂增强陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于连续碳/碳化硅纤维混杂增强陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘的制备方法，本发明专利技术的方法通过上浆设备使碳和碳化硅纤维实现束间混杂；再利用化学气相渗透法在连续C/SiC混杂纤维表面制备BN与PyC交替的多界面层；采用平面极坐标织造方法编织涡轮叶盘预制体二维单元层，然后采用层叠法层铺覆，中间采用Z向穿刺、缝合，完成预制体编制及定型；再采用PIP法对涡轮盘预制体预致密化；最后，对涡轮盘叶片进行整体加工和采用化学气相渗透法制备防氧化涂层。由于纤维表面涂层均匀，预制体经向和纬向两个主应力方向上有连续C/SiC混杂纤维，在高温有氧条件下，由于C纤维优先氧化牺牲能有效保护SiC纤维，从而有效提高了整体涡轮叶盘在下高温承载性能。涡轮叶盘在下高温承载性能。涡轮叶盘在下高温承载性能。

【技术实现步骤摘要】
基于连续碳/碳化硅纤维混杂增强陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘的制备方法


[0001]本专利技术属于整体涡轮叶盘制备
，具体涉及一种基于连续碳/碳化硅纤维混杂增强陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘的制备方法。

技术介绍

[0002]随着高性能飞行器技术发展，对航空发动机的燃油效率、涡轮温度、使用寿命等提出了更高的需求；常规高温合金涡轮叶盘在耐温性能、高温强度、疲劳寿命等方面逐渐逼近其应用极限，而且在合金成分、涡轮结构优化等方面的空间逐步缩小，性能提升难度和复杂度巨大，严重制约未来高性能飞行器发展和技术进步。
[0003]在文献1(Nakamura T,Oka T,Imanari K,et al.Development of CMC turbine parts for aero engines[J].IHI Engineering Review,2014,47(1):29-32.)中的研究认为：陶瓷基复合材料具有低密度、高比强度、高比刚度、高硬度、高耐磨性、使用温度高以及导热系数大、热膨胀系数小、抗氧化能力强、吸振性能好等优点，在航空发动机热端部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于连续碳/碳化硅纤维混杂增强陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将连续碳纤维和碳化硅纤维进行束间混杂，得到连续C/SiC混杂纤维；步骤二：将步骤一中的连续C/SiC混杂纤维的表面制备BN与PyC交替的多层界面层，得到含有界面层的混杂纤维；步骤三：将步骤二中含有界面层的混杂纤维进行二维单元层编织，得到涡轮叶盘预制体二维单元层；步骤四：将步骤三中涡轮叶盘预制体二维单元层进行进一步的编织，得到定型后的整体涡轮叶盘预制体；步骤五：将步骤四中定型后的整体涡轮叶盘预制体采用PIP法预致密化，得到初级预致密化整体涡轮叶盘；步骤六：重复步骤五2～5次，最后在惰性气体保护下，进行热压和裂解，得到预致密化整体涡轮叶盘；步骤七：对步骤六中的预致密化整体涡轮叶盘进行机械加工，得到加工后的预致密化整体涡轮叶盘；步骤八：对步骤七中加工后的预致密化整体涡轮叶盘进行致密化处理，得到基于连续碳/碳化硅纤维混杂增强陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘。2.根据权利要求1所述的基于连续碳/碳化硅纤维混杂增强陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，连续碳纤维和碳化硅纤维是指纤维型号规格为3K及以下的连续碳纤维和碳化硅纤维；束间混杂的质量比为碳纤维:碳化硅纤维＝(20～50):(80～50)；所述步骤一中，束间混杂的具体步骤为：在惰性气氛且温度400～600℃下的高温炉对C和SiC纤维进行热处理，去除纤维表面的杂质；然后将去除杂质的碳纤维和碳化硅纤维在上浆设备中，进行合股、上浆；最后，通过烘干、收卷程序，获得连续C/SiC混杂纤维；其中：上浆的上浆剂采用2～5％的聚乙烯醇水溶液，水采用去离子水，烘干的温度110～300℃。3.根据权利要求1所述的基于连续碳/碳化硅纤维混杂增强陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，界面层制备方法具体步骤为：2-1：BN层的制备：将连续C/SiC混杂纤维安装在气相沉积炉内，保持真空度小于103Pa，升温至600～1200℃；NH3作为氮源，BCl3提供硼源，H2为稀释气体，NH3、BCl3和H2的体积流量分别为500ml/min、1000ml/min和2000ml/min，沉积区间长度为1米，放丝速度为0.1～10m/min，每次沉积的BN厚度范围是1～20nm；2-2：PyC层的制备：将2-1中已沉积BN界面的混杂纤维安装在气相沉积炉内，保持真空度小于103Pa，升温至600～1200℃；C3H6作为碳源，N2为稀释气体，C3H6和N2的体积流量分别为2.5L/min和8L/min，沉积区间长度为1米，放丝速度为0.1～10m/min，每次沉积PyC的厚度范围是1～20nm；2-3：将步骤2-1和2-2重复2～5次，使BN与PyC交替的多界面层总厚为100～200nm，得到含有界面层的混杂纤维。4.根据权利要求1所述的基于连续碳/碳化硅纤维混杂增强陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘的制备方法，其特征在于，所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春齐，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：