一种带有台阶结构的陶瓷基复合材料构件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种带有台阶结构的陶瓷基复合材料构件及其制备方法，（1）根据设计尺寸加工纤维预制体；（2）制备界面层；（3）纤维预制体的台阶结构部分浸渍混有纤维的树脂后烘干；（4）对台阶结构部分浸渍

【技术实现步骤摘要】
一种带有台阶结构的陶瓷基复合材料构件及其制备方法


[0001]本专利技术属于陶瓷基复合材料
，具体涉及一种带有台阶结构的陶瓷基复合材料构件及其制备方法。

技术介绍

[0002]连续纤维增强陶瓷基复合材料兼具陶瓷基体和连续纤维的优异性能，具有高耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐辐射、高比强度、低密度、热膨胀系数小、抗烧蚀、抗氧化等优良性能，作为高温热结构材料、耐磨材料，有望应用于航空发动机、航天空间站、汽车刹车盘、核电等领域。
[0003]随着科学技术的发展，连续纤维增强陶瓷基复合材料的使用环境更加复杂，陶瓷基复合材料的构件的结构也越来越复杂。现有技术中，带有台阶结构的陶瓷基复合材料构件（所述带有台阶结构的陶瓷基复合材料构件为板状的基础部分和凸出基础部分自下往上面积逐渐缩小形成台阶状的台阶结构，或凸出基础部分与基础部分形成台阶状的台阶结构）在台阶连接处纤维增强作用较弱导致台阶连接处强度较低，制备过程中容易出现分层、裂纹、变形等缺陷，且台阶连接处容易产生应力集中，导致台阶出现裂纹或断裂。现有技术制备带有台阶结构的陶瓷基复合材料合格率低，生产成本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有台阶结构的陶瓷基复合材料构件，其特征在于：由纤维预制体和依次沉积在纤维预制体上的界面层和陶瓷基体组成；包括基础部分和设置在基础部分上的台阶结构部分；所述基础部分与台阶结构部分的纤维预制体一体成型；所述台阶结构部分纤维预制体的纤维密度由内向外逐渐减少；所述界面层为热解炭界面层；所述基础部分的陶瓷基体为碳化硅基体；所述台阶结构部分的陶瓷基体含有纳米纤维的碳化硅基体。2.根据权利要求1所述的带有台阶结构的陶瓷基复合材料构件，其特征在于：所述纳米纤维为纳米碳纤维、碳纳米管、石墨烯、纳米SiC纤维、纳米TiC纤维、纳米TiN纤维中的任一种或多种。3.一种制备如权利要求1或2所述的带有台阶结构的陶瓷基复合材料构件的方法，其特征在于：步骤如下：（1）、制备纤维预制体：将纤维制备成与最终构件形状一致、尺寸富有余量、台阶结构部分具有密度梯度的纤维预制体；所述密度梯度是指纤维预制体的密度由内向外逐渐减小；（2）、制备界面层：采用CVI技术对步骤（1）所得的制品制备热解炭界面层；（3）浸渍纤维：将步骤（2）所得的纤维预制体倒置，仅对台阶结构部分浸渍混有纤维的树脂中，然后烘干；（4）、制备台阶结构：将带有台阶结构的构件倒置，仅对台阶结构部分浸渍
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固化
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裂解，重复2~6次浸渍
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固化
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低温裂解过程；所述浸渍
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固化
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低温裂解的过程为：将制品的台阶结构部分浸渍含有纳米纤维的陶瓷先驱体浆料后固化，将固化所得制品放入烧结炉中，炉内为真空状态或微正压状态，以5~10℃/min的升温速率升温至低温裂解温度850~1400℃，保温2~10h，然后在保护气氛围下自然降温至室温，取出；所述真空状态的真空度为200Pa以下；所述微正压状态是通入保护气体并控制炉内压力为100~200kPa，气体流量为4~10L/min；（5）、制备构件整体：（5.1）、浸渍、固化、低温裂解：重复3~6次浸渍
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固化
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低温裂解过程；所述浸渍
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固化
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低温裂解的过程为：将制品浸渍含有纳米陶瓷粉的陶瓷先驱体浆料后固化，将固化所得制品放入烧结炉中，炉内为真空状态或微正压状态，以5~10℃/min的升温速率升温至低温裂解温度850~1400℃，保温2~10h，然后在保护气氛围下自然降温至室温，取出；所述真空状态的真空度为200Pa以下；所述微正压状态是通入保护气体并控制炉内压力为100~200kPa，气体流量为4~10L/min；（5.2）、浸渍、固化、高温裂解：重复1~3次浸渍
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固化
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高温裂解过程；所述高温裂解的过程同步骤（5.1）中的低温裂解，只是高温裂解的温度为1400~1700℃；（6）、机械精加工：将步骤（5）所得制品按照设计尺寸进行机械加工；（7）、将步骤（6）所得制品重复步骤（5.1）中所述的浸渍
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固化
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低温裂解过程2~3次；（8）、将步骤（7）所得制品重复步骤（5.2）中所述的浸渍
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固化
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高温裂解过程1~2次；（9）、CVD沉积SiC涂层：将步骤（8）所得制品进行化学气相沉积SiC涂层，即得带有台阶结构的陶瓷基复合材料构件。4.根据权利要求3所述的制备带有台阶结构的陶瓷基复合材料构件的方法，其特征在于：步骤（1）中所述纤维为碳纤维或碳化硅纤维，所述纤维预制体为通过12K纤维以2.5D针刺、2.5D穿刺的成型方式制备而成。
5.根据权利要求3所述的制备带有台阶结构的陶瓷基复合材料构件的方法，其特征在于：步骤（3）中所述混有纤维的树脂是将纤维、树脂、溶剂、分散剂按照质量比纤维：树脂：溶剂：分散剂=（0.5~1.5）：（5~10）：1：（0.1~1），所述纤维为长度为0.1~1000μm的碳纤维；所述溶剂为无水乙醇、丙酮、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯中任一种；所述分散剂为甲基纤维素、羧甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴恒，魏庆渤，张东生，马美霞，曹伟，李江涛，刘毫豪，胡晓辉，王琰，董会娜，
申请(专利权)人：巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：