一种纤维增强陶瓷基复合材料耐热板及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纤维增强陶瓷基复合材料耐热板及其制备方法，所述耐热板背部设置凸台，所述凸台设有凹槽，凹槽设有内螺纹，凹槽螺纹连接螺柱，所述螺柱长度大于凹槽深度。本发明专利技术在凸台内部设置凹槽并加工内螺纹，制备过程中在与螺柱连接后通过步骤（6）重复浸渍

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强陶瓷基复合材料耐热板及其制备方法


[0001]本专利技术属于耐热板
，具体涉及一种适合高温、高速、高压气流冲刷防护的纤维增强陶瓷基复合材料耐热板及其制备方法。

技术介绍

[0002]纤维增强陶瓷基复合材料耐热板通过与金属升降支架配合将发动机尾焰偏流走，耐热板正面需要承受发动机高温、高压、高速焰流的冲刷。耐热板与背部金属支架的连接多采用耐热板设置通孔使用螺钉与背部金属支架连接的方法，虽然该连接方式连接强度较高，但是该连接方式使用的高温合金螺钉耐温性能满足不了实际应用，且发动机尾焰会沿着螺钉孔进入到耐热板背部，导致金属支架烧蚀，大幅度降低使用寿命，从而提高了使用成本。
[0003]为了解决上述问题，目前通常在耐热板背部设置凸台，将凸台与金属支架连接的方式连接耐热板与金属支架。可以将凸台外部加工成外螺纹，通过螺纹连接与金属支架连接。为了达到一定连接强度，凸台需达到一定的尺寸要求。但由于凸台尺寸较大，其芯部较难致密，芯部强度较低，机械强度和抗热震性能仍较差，不能很好的满足和解决这一难题。

技术实现思路

[0004]针对上述大尺寸凸台芯部较难致密，芯部强度较低，机械强度和抗热震性能较差的问题，本专利技术提供了一种纤维增强陶瓷基复合材料耐热板，完美的解决了现有技术的难题。
[0005]本专利技术还提供了上述纤维增强陶瓷基复合材料耐热板的制备方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种纤维增强陶瓷基复合材料耐热板，所述耐热板背部设置凸台，所述凸台设有凹槽，凹槽设有内螺纹，凹槽螺纹连接螺柱，所述螺柱长度大于凹槽深度。所述凹槽与螺柱之间的螺纹缝隙内填充有陶瓷基体。
[0007]本专利技术提供了上述纤维增强陶瓷基复合材料耐热板的制备方法，其包括如下步骤：（1）制备预制体：将连续碳纤维或碳化硅纤维制备成与最终产品形状一致、尺寸富有余量的纤维预制体；（2）制备界面层：将步骤（1）所得的纤维预制体采用模具固定，经CVI沉积热解炭界面层；（3）浸渍
‑
固化
‑
裂解：将步骤（2）所得的预制体坯体使用模具固定，重复浸渍
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固化
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裂解2
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4次；所述裂解包括低温裂解和/或高温裂解，所述低温裂解的裂解温度为950℃
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1300℃，高温裂解的裂解温度为1300
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1500℃；（4）机械加工：将步骤（3）所得制品按照设计尺寸加工凸台，并对凸台加工内螺纹；（5）安装螺柱：将与凸台内螺纹螺纹配合的螺柱与凸台螺纹连接，采用模具固定，
保证螺柱与凸台凹槽同轴配合；（6）重复浸渍
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固化
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裂解：将步骤（5）所得制品连带模具重复浸渍
‑
固化
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裂解2
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4次，裂解为裂解温度850
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1300℃的低温裂解；再重复浸渍
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固化
‑
裂解1
‑
2次，裂解为裂解温度1300
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1500℃的高温裂解；（7）CVI制备增密SiC基体：为了提高螺柱和凸台配合强度，将步骤（6）所得制品采用CVI技术制备SiC基体，封填螺纹配合处和凸台深处微小孔隙；（8）CVD沉积SiC涂层：将伸出凸台的螺柱用碳纸包覆，然后放入化学气相沉积炉中，在步骤（7）所得制品表面化学气相沉积一层SiC涂层，然后拆除碳纸，即得到纤维增强陶瓷基复合材料耐热板。
[0008]进一步，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1
‑
12K纤维以2.5D针刺、2.5D穿刺的成型方式制备而成，纤维预制体的密度为0.4
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0.6g/cm3。
[0009]进一步，步骤（2）所述CVI沉积热解炭界面层具体为：将纤维预制体用石墨工装固定，以5
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15L/min的流量通入碳源气体，采用等温CVI在纤维预制体表面沉积一层热解炭界面层，在氩气或氮气气氛下自然降温至室温；所述碳源气体选自天然气、甲烷、丙烷、丙烯中的任一种或多种；所述CVI的沉积温度为800
‑
1300℃，沉积时间为1
‑
60h，炉内压力为0.5
‑
20kPa。
[0010]进一步的，步骤（3）和步骤（6）中所述浸渍包括真空浸渍和压力浸渍；所述真空浸渍为：将制品放入真空浸渍桶中，抽真空至200Pa以下，保真空0.5
‑
1h后，注入陶瓷先驱体浆料或含有纳米陶瓷粉的陶瓷先驱体浆料，再保真空1
‑
5h，破真空取出；所述压力浸渍为：将制品放入压力浸渍罐中，压力浸渍罐内压力为1
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6MPa，缓慢升温至50
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70℃，保温1
‑
5h，随炉降温至室温后取出。
[0011]进一步的，步骤（3）和步骤（6）中所述固化为：将制品放入鼓风干燥箱中，以5
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10℃/min的升温速率升温至120
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250℃，保温时间为3
‑
10h，随炉自然冷却至室温后取出。
[0012]进一步的，步骤（3）和步骤（6）中所述裂解为：将制品放入烧结炉中，炉内为200Pa以下的真空状态或炉内压力为100
‑
200kPa的微正压状态，以5
‑
10℃/min的升温速率升温至裂解温度，保温2
‑
10h，然后在氩气或氮气氛围下自然冷却至室温。裂解的目的在于将陶瓷先驱体分解为陶瓷。
[0013]进一步优选的，所述陶瓷先驱体浆料是由陶瓷先驱体与溶剂按照10:（3
‑
8）的质量比通过机械搅拌均匀混合而成；所述含有纳米陶瓷粉的陶瓷先驱体浆料是由陶瓷先驱体、溶剂、纳米陶瓷粉按照10：（3
‑
8）：（0.5
‑
2）的质量比通过机械搅拌均匀混合而成；陶瓷先驱体为聚甲基硅烷、聚碳硅烷、聚碳硅氮烷、聚硅氮烷、聚硅氧烷、聚硼硅氮烷中的一种或多种；溶剂为二乙烯基苯、二甲苯、甲苯中的一种或多种；纳米陶瓷粉选自硅、锆以及其它过渡金属元素的碳化物、氮化物和硼化物中的任一种或多种，例如：SiC、ZrC、B4C、HfC、TaC、WC、Si3N4、ZrN、BN、HfN、SiBCN、SiB4、ZrB2、HfB2和TaB2中的一种或多种。机械搅拌在50
‑
70℃水浴锅中进行，以50
‑
60r/min转速搅拌1
‑
10h。
[0014]进一步的，步骤（5）安装螺柱时，先在螺柱表面涂抹含纳米纤维的陶瓷先驱体浆
料，在凸台的内螺纹表面涂抹含纳米纤维的陶瓷先驱体浆料，然后再与凸台的内螺纹螺纹连接。
[0015]所述的含纳米纤维的陶瓷先驱体浆料是由陶瓷先驱体、溶剂、纳米纤维按照10：（6
‑
12）：（1
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强陶瓷基复合材料耐热板，其特征在于，所述耐热板背部设置凸台，所述凸台设有凹槽，凹槽设有内螺纹，凹槽螺纹连接螺柱，所述螺柱长度大于凹槽深度。2.权利要求1所述纤维增强陶瓷基复合材料耐热板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）制备预制体：将纤维制备成与最终产品形状一致、尺寸富有余量的纤维预制体；（2）制备界面层：将步骤（1）所得的纤维预制体经CVI沉积热解炭界面层，获得预制体坯体；（3）浸渍
‑
固化
‑
裂解：将步骤（2）所得预制体坯体重复浸渍
‑
固化
‑
裂解2
‑
4次；所述裂解包括低温裂解和/或高温裂解，所述低温裂解的温度为950
‑
1300℃，高温裂解的温度为1300
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1500℃；（4）机械加工：将步骤（3）所得制品按照设计尺寸加工凸台，并对凸台加工内螺纹；（5）安装螺柱：将与凸台内螺纹螺纹配合的螺柱与凸台螺纹连接；（6）重复浸渍
‑
固化
‑
裂解：将步骤（5）所得制品重复浸渍
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固化
‑
裂解2
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4次，裂解为850
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1300℃的低温裂解；再重复浸渍
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固化
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裂解1
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2次，裂解为1300
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1500℃的高温裂解；（7）CVI制备增密SiC基体：将步骤（6）所得制品采用CVI技术制备SiC基体；（8）CVD沉积SiC涂层：将伸出凸台的螺柱用碳纸包覆，然后放入化学气相沉积炉中，在步骤（7）所得制品表面化学气相沉积一层SiC涂层，然后拆除碳纸，即得到纤维增强陶瓷基复合材料耐热板。3.如权利要求1所述纤维增强陶瓷基复合材料耐热板的制备方法，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纤维以2.5D针刺、2.5D穿刺成型方式制备而成，纤维预制体的密度为0.4
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0.6g/cm3。4.如权利要求1所述纤维增强陶瓷基复合材料耐热板的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述CVI沉积热解炭界面层具体为：将纤维预制体固定，以5
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15L/min的流量通入碳源气体，采用等温CVI在纤维预制体表面沉积一层热解炭界面层，在氩气或氮气气氛下自然降温至室温；所述碳源气体选自天然气、甲烷、丙烷、丙烯中的任一种或多种；所述CVI的沉积温度为800
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1300℃，沉积时间为1
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60h，炉内压力为0.5
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20kPa。5.如权利要求1所述纤维增强陶瓷基复合材料耐热板的制备方法，其特征在于，步骤（3）和步骤（6）中所述浸渍包括真空浸渍和压力浸渍；所述真空浸渍为：将制品放入真空浸渍桶中，抽真空至200Pa以下，保真空0.5
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1h后，注入陶瓷先驱体浆料或含有纳米陶瓷粉的陶瓷先驱体浆料，再保真空1
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5h，破真空取出；所述压力浸渍为：将制品放入压力浸渍罐中，压力浸渍罐内压力为1
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6MPa，升温至50
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70℃，保温1
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5h，随炉降温至室温后取出。6.如权利要求1所述纤维增强陶瓷基复合材料耐热板的制备方法，其特征在于，步骤（3）和步骤（6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东生，吴恒，曹伟，潘广镇，姚栋嘉，刘喜宗，王征，杨超，
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：