本发明专利技术涉及高通量连续梯度纤维体积含量的陶瓷基复合材料制备方法，通过坯料成型工装的梯度设计，使原本织物结构均匀以及厚度均匀的织物在梯度的型腔内压制成型，并且后续循环致密化过程中使用梯度工装反复强化坯料尺寸，即可获得纤维体积含量呈连续梯度变化的陶瓷基复合材料，并且通过本发明专利技术方法，可以快速获取一定范围内任一纤维体积含量对复合材料性能的影响数据，建立数据丰富的影响规律曲线，极大地缩短研制周期，降低研发成本。降低研发成本。降低研发成本。
【技术实现步骤摘要】
高通量连续梯度纤维体积含量的陶瓷基复合材料制备方法
[0001]本技术涉及一种高通量连续梯度纤维体积含量的陶瓷基复合材料制备方法，属于功能复合材料及工艺领域。
技术介绍
[0002]陶瓷基复合材料由于其耐高温、轻质、高强度的特性，在航空航天领域有着非常重要的应用价值。现阶段薄壁异形结构的陶瓷基复合材料织物常采用二维铺层-缝合的结构形式，复合材料中织物的纤维体积含量对陶瓷基复合材料的力学、热学、电磁学等多种性能具有重要的影响。目前考察纤维体积含量对材料性能的影响主要采用典型参数验证法，即设置若干典型纤维体积含量参数，投入一定尺寸的试验件进行坯料研制，可获得典型纤维体积含量参数对性能的影响数据，而未考核到的参数则采用插值法进行估算，若前期参数设置不合理或典型参数偏少，未能获得完整可信的曲线，则需要补充数据，而补充数据会受到研制工艺波动的影响，且周期和成本均翻倍。因此陶瓷基复合材料的研制亟需革新方法，尽快材料的研制进程，掌握更加丰富的数据，为材料的更广泛的应用提供充分数据支撑。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供高通量连续梯度纤维体积含量的陶瓷基复合材料制备方法，通过坯料成型工装的梯度设计，使原本织物结构均匀以及厚度均匀的织物在梯度的型腔内压制成型，并且后续循环致密化过程中使用梯度工装反复强化坯料尺寸，即可获得纤维体积含量呈连续梯度变化的陶瓷基复合材料，并且通过本专利技术方法，可以快速获取一定范围内任一纤维体积含量对复合材料性能的影响数据，建立数据丰富的影响规律曲线，极大地缩短研制周期，降低研发成本。
[0004]本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
[0005]高通量连续梯度纤维体积含量的陶瓷基复合材料制备方法，其特征在于：采用定型工装进行制备，所述定型工装包括成型上模具、成型下模具与梯形垫板，所述梯形垫板设置在成型上模具与成型下模具组成的腔体内，梯形垫板的平面与成型上模具的下表面接触，梯形垫板的斜面与成型下模具的上表面之间形成截面为直角梯形的成型型腔，所述成型型腔的厚度最大值与最小值分别为L1和L2；具体制备方法包括如下步骤：
[0006](1)、根据设计的纤维体积含量范围V1％～V2％和成型型腔的厚度范围L2～L1，获得纤维布的铺层层数，根据所述铺层层数调整成型型腔的厚度范围L2～L1，确定最终的成型型腔的厚度范围L'2～L'1，使其满足实际纤维体积含量包络设计的纤维体积含量范围V1％～V2％；
[0007](2)、根据所述成型型腔的厚度范围L'2～L'1，加工定型工装；
[0008](3)、根据步骤(1)获得的纤维布的铺层层数，依次进行纤维布的铺层、缝合、热处理和沉积热解碳；
[0009](4)、将步骤(3)处理后的纤维布装夹固定在定型工装的成型型腔内，并依次进行
真空浸渍陶瓷前驱体、固化、裂解；
[0010](5)、重复步骤(4)中的真空浸渍陶瓷前驱体、固化、裂解过程，直至纤维布的增重率低于1％，脱除定型工装，得到陶瓷基复合材料。
[0011]在上述陶瓷基复合材料制备方法中，所述定型工装的材质为石墨或碳/碳材质。
[0012]在上述陶瓷基复合材料制备方法中，所述步骤(1)中根据设计的纤维体积含量范围V1％～V2％和成型型腔的厚度范围L2～L1，利用纤维体积含量计算公式，得到纤维布的铺层层数n，对铺层层数n取整得到[n]；将[n]与L1再次代入纤维体积含量计算公式，得到纤维体积含量V'1％，若V'1％＞V1％，则调整L1，重新计算，直到满足V'1％≤V1％，此时的成型型腔的最大厚度即为L'1；将[n]与L2再次代入纤维体积含量计算公式，得到纤维体积含量V'2％，若V'2％＜V2％，则调整L2，重新计算，直到满足V'2％≥V2％，此时的成型型腔的最小厚度即为L'2。
[0013]在上述陶瓷基复合材料制备方法中，所述纤维体积含量计算公式如下：
[0014][0015]其中：n为纤维布的铺层层数；σ为纤维布面密度；ρ为纤维布体积密度；L为成型型腔的厚度，即坯料厚度；V％为纤维体积含量。
[0016]在上述陶瓷基复合材料制备方法中，所述步骤(1)中根据设计的纤维体积含量范围V1％～V2％和成型型腔的厚度范围L2～L1，利用纤维体积含量计算公式，得到纤维布的铺层层数n，其中坯料厚度L取L1与L2的中值，即纤维布体积含量V％取V1％与V2％的中值，即对铺层层数n取整得到[n]，按照四舍五入方法取整。
[0017]在上述陶瓷基复合材料制备方法中，所述步骤(1)中若V'1％＞V1％，则调整L1，重新计算，直到满足V'1％≤V1％，且满足V1％-V'1％≤1％；若V'2％＜V2％，则调整L2，重新计算，直到满足V'2％≥V2％，且满足V'2％-V2％≤1。
[0018]在上述陶瓷基复合材料制备方法中，所述纤维布采用缎纹碳布，规格为四枚段位、五枚缎纹、六枚缎纹、七枚缎纹或八枚缎纹；纤维种类为T300、T700、T800或T1000；纤维K束为1K、3K或12K。
[0019]在上述陶瓷基复合材料制备方法中，所述定型工装还包括若干个等高的限位块，设置在成型上模具与成型下模具之间，对成型型腔进行限位。
[0020]在上述陶瓷基复合材料制备方法中，所述步骤(3)中纤维布的缝合间距为3mm～30mm；所述步骤(4)、(5)还包括裂解后清理坯料及模具表面残渣的步骤。
[0021]在上述陶瓷基复合材料制备方法中，所述步骤(4)中将纤维布装夹固定在定型工装的成型型腔内，具体为：将纤维布按梯度垫板对齐，拧紧紧固螺栓，直至限位块与成型上下模具之间无间隙，沿着梯度垫板与成型上下模具上的定位孔，对纤维布进行打孔，最后插入定位销。
[0022]在上述陶瓷基复合材料制备方法中，假设陶瓷基复合材料坯料的长度为h0，距离L2位置h
x
处坯料厚度为L
x
，则该处根据L
x
值按照如下公式计算该处纤维
体积含量：
[0023][0024]其中：n为纤维布的铺层层数；σ为纤维布面密度；ρ为纤维布体积密度；L为成型型腔的厚度，即坯料厚度；V％为纤维体积含量。
[0025]一种高通量连续梯度纤维体积含量的陶瓷基复合材料，采用上述制备方法制备得到。
[0026]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0027](1)、本专利技术提供一种高通量连续梯度纤维体积含量的陶瓷基复合材料制备方法，通过坯料成型工装的梯度设计，使原本织物结构均匀以及厚度均匀的织物在梯度的型腔内压制成型，并且后续循环致密化过程中使用梯度工装反复强化坯料尺寸，即可获得纤维体积含量呈连续梯度变化的陶瓷基复合材料，并且通过本专利技术方法，可以快速获取一定范围内任一纤维体积含量对复合材料性能的影响数据，建立数据丰富的影响规律曲线，极大地缩短研制周期，降低研发成本。
[0028](2)、本专利技术设计专用定型工装，采用专用定型工装中的成型型腔中垫入梯度垫本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.高通量连续梯度纤维体积含量的陶瓷基复合材料制备方法，其特征在于：采用定型工装进行制备，所述定型工装包括成型上模具、成型下模具与梯形垫板，所述梯形垫板设置在成型上模具与成型下模具组成的腔体内，梯形垫板的平面与成型上模具的下表面接触，梯形垫板的斜面与成型下模具的上表面之间形成截面为直角梯形的成型型腔，所述成型型腔的厚度最大值与最小值分别为L1和L2；具体制备方法包括如下步骤：(1)、根据设计的纤维体积含量范围V1％～V2％和成型型腔的厚度范围L2～L1，获得纤维布的铺层层数，根据所述铺层层数调整成型型腔的厚度范围L2～L1，确定最终的成型型腔的厚度范围L'2～L'1，使其满足实际纤维体积含量包络设计的纤维体积含量范围V1％～V2％；(2)、根据所述成型型腔的厚度范围L'2～L'1，加工定型工装；(3)、根据步骤(1)获得的纤维布的铺层层数，依次进行纤维布的铺层、缝合、热处理和沉积热解碳；(4)、将步骤(3)处理后的纤维布装夹固定在定型工装的成型型腔内，并依次进行真空浸渍陶瓷前驱体、固化、裂解；(5)、重复步骤(4)中的真空浸渍陶瓷前驱体、固化、裂解过程，直至纤维布的增重率低于1％，脱除定型工装，得到陶瓷基复合材料。2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料制备方法，其特征在于：所述定型工装的材质为石墨或碳/碳材质。3.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中根据设计的纤维体积含量范围V1％～V2％和成型型腔的厚度范围L2～L1，利用纤维体积含量计算公式，得到纤维布的铺层层数n，对铺层层数n取整得到[n]；将[n]与L1再次代入纤维体积含量计算公式，得到纤维体积含量V'1％，若V'1％＞V1％，则调整L1，重新计算，直到满足V'1％≤V1％，此时的成型型腔的最大厚度即为L'1；将[n]与L2再次代入纤维体积含量计算公式，得到纤维体积含量V'2％，若V'2％＜V2％，则调整L2，重新计算，直到满足V'2％≥V2％，此时的成型型腔的最小厚度即为L'2。4.根据权利要求3所述的陶瓷基复合材料制备方法，其特征在于：所述纤维体积含量计算公式如下：其中：n为纤维布的铺层层数；σ为纤维布面密度；ρ为纤维布体积密度；L为成型型腔的厚度，即坯料厚度；V％为纤维体积含量。5.根据权利要求3或4所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：李军平，龚晓冬，马登浩，张国兵，孙新，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，
类型：发明
国别省市：
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