本发明专利技术公开了一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，包括以下步骤：首先将碳纤维预制体蒙皮用石墨模具夹持定型，进行热解碳界面制备，之后使用CVI工艺沉积碳化硅基体，设定沉积温度800～1000℃；预制体蜂窝低应力工艺沉积碳化硅基体：在蜂窝预制体沉积热解碳界面，之后使用化学气相沉积制备碳化硅基体，得到碳/碳化硅蜂窝；使用高温胶粘剂将碳/碳化硅蒙皮和碳/碳化硅蜂窝一体化集成得到碳/碳化硅蜂窝夹层结构；调控蜂窝夹层参数控制具备优异高温力学性能的碳/碳化硅蜂窝夹层结构。本发明专利技术采用采用了层间连接工艺制备蒙皮预制体和蜂窝预制体，实现了蜂窝的整体编织，有效地解决了碳纤维复合材料蜂窝W向节点脱粘破坏的问题。问题。问题。
【技术实现步骤摘要】
一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法
[0001]本专利技术涉及复合材料制备
，尤其是涉及一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法。
技术介绍
[0002]复合材料由基体相与增强相两种结构组成，具有结构可设计性强、比强度与比刚度高、耐高温、抗疲劳性能高等优点，被广泛用于航空航天领域。碳/碳复合材料与碳/碳化硅复合材料因其低密度、耐高温等特点广泛应用于热结构领域，但碳/碳复合材料高温抗氧化性能较差。碳化硅基体在高温环境下具有优良的抗氧化性、高模量等特点，使其可以短时间内承受高达2000℃的温度，也可以长时间服役于1650℃的温度条件。连续碳纤维增强碳化硅(C/SiC)复合材料陶瓷则兼具碳纤维和碳化硅性能优点，以碳/碳化硅复合材料为代表的热结构复合材料凭借其独特的高温力学性能、热物理性能，是一种高性能热防护和热结构材料。
[0003]随着先进飞行器的快速发展，其控制面、翼面等部件的独特服役环境和高温力学性能对碳/碳化硅复合材料结构轻量化以及多功能一体化提出了迫切需求。新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构拥有碳/碳化硅材料的高温力学性能，还兼具蜂窝夹层结构的轻量化优势。针对以上不足，设计制备了一种兼具轻量化、高温承载和抗氧化的新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构是很有必要的。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，采用了层间连接工艺制备蒙皮预制体和蜂窝预制体，实现了蜂窝的整体编织，有效地解决了碳纤维复合材料蜂窝W向节点脱粘破坏的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、预制体蒙皮低应力工艺沉积碳化硅基体：首先将碳纤维预制体蒙皮用石墨模具夹持定型，进行热解碳界面制备，之后使用CVI工艺沉积碳化硅基体，设定沉积温度800～1000℃，得到碳/碳化硅蒙皮；
[0007]S2、预制体蜂窝低应力工艺沉积碳化硅基体：首先在蜂窝预制体沉积热解碳界面，之后使用化学气相沉积制备碳化硅基体，得到碳/碳化硅蜂窝；
[0008]S3、使用高温胶粘剂将碳/碳化硅蒙皮和碳/碳化硅蜂窝一体化集成，固化升温温度为2℃/min，升温至250℃，固化4h，得到碳/碳化硅蜂窝夹层结构；
[0009]S4、调控蜂窝夹层参数控制具备优异高温力学性能的碳/碳化硅蜂窝夹层结构。
[0010]优选的，碳/碳化硅蒙皮和碳/碳化硅蜂窝采用层间连接工艺制备，将碳/碳化硅蒙皮预制体和碳/碳化硅蜂窝预制体编织成型，编织参数包括蜂窝芯格尺寸、蜂窝芯格纤维取向、层间纤维体积含量、蜂窝芯侧壁纤维方向及配比，通过以下两个阶段提升碳纤维与碳化
硅基体间结合力与材料抗氧化性能，其中第一阶段为CVI沉积热解碳界面，第二阶段为基于化学气相沉积工艺沉积碳化硅基体，通过控制成型温度、界面厚度和裂解抑制气体含量，开发低应力成型方法制备碳/碳化硅蒙皮与碳/碳化硅蜂窝。
[0011]优选的，成型温度范围为800℃～1000℃，热解碳界面厚度100nm～500nm，裂解抑制气体为氢气，体积分数范围为5％～20％。
[0012]优选的，所述碳/碳化硅蒙皮预制体的编织成型方法为2.5D编织、3D编织或针刺中的任意一种。
[0013]优选的，所述碳/碳化硅蒙皮预制体和碳/碳化硅蜂窝预制体的原材料均为T300纤维、T700纤维、T800纤维中的任意一种或至少两种的组合。
[0014]优选的，所述碳/碳化硅蜂窝预制体的编织成型方法为2.5D编织、三维编织或三维机织中一种。
[0015]优选的，蜂窝芯侧壁纤维方向包含[0/90]ns
、[30/
‑
30]ns
、[+45/
‑
45]ns
和[+60/
‑
60]ns
，层间纤维体积含量表示引入层间的纤维含量为2％～10％，蜂窝芯格尺寸包含蜂窝芯格边长、厚度、高度范围分别为2mm～30mm、0.1mm～1.0mm、20mm～100mm。
[0016]优选的，碳/碳化硅蜂窝的体积密度范围为50kg/m3～250kg/m3。
[0017]优选的，将制备的碳/碳化硅蜂窝及夹层结构进行室温力学性能测试，性能满足如下指标：
[0018](1)室温下，碳/碳化硅蜂窝的压缩强度≥8MPa，压缩模量≥900MPa，剪切强度≥5MPa，剪切模量≥500MPa；
[0019](2)室温下，碳/碳化硅蜂窝夹层结构的压缩强度≥11MPa，弯曲强度≥160MPa。
[0020]优选的，将制备的碳/碳化硅蜂窝及夹层结构在高温空气气氛下进行力学性能测试，性能满足如下指标：
[0021](1)500℃空气气氛下，碳/碳化硅蜂窝的剪切强度≥5.5MPa，碳/碳化硅蜂窝夹层结构的压缩强度≥11.8MPa，碳/碳化硅蜂窝夹层结构的弯曲强度≥170MPa；
[0022](2)1000℃空气气氛下，碳/碳化硅蜂窝的剪切强度≥5MPa，碳/碳化硅蜂窝夹层结构的压缩强度≥12MPa，碳/碳化硅蜂窝夹层结构的弯曲强度≥180MPa。
[0023]通过本专利技术方法制备的特定结构形式的体积密度为50kg/m3～250kg/m3的碳/碳化硅蜂窝夹层结构性能满足如下：1000℃空气气氛下，碳/碳化硅蜂窝压缩强度>12MPa；剪切强度>5MPa；碳/碳化硅蜂窝夹层结构弯曲强度>180MPa。
[0024]因此，本专利技术采用上述一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，采用了层间连接工艺制备蒙皮预制体和蜂窝预制体，实现了蜂窝的整体编织，有效地解决了碳纤维复合材料蜂窝W向节点脱粘破坏的问题。
[0025]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0026]图1为本专利技术一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法实施例的路线图；
[0027]图2为本专利技术碳/碳化硅蜂窝夹层结构的板面外压缩测试应力
‑
应变曲线图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，包括以下步骤：
[0029]S1、预制体蒙皮低应力工艺沉积碳化硅基体：首先将碳纤维预制体蒙皮用石墨模具夹持定型，进行热解碳界面制备，之后使用CVI工艺沉积碳化硅基体，设定沉积温度800～1000℃，得到碳/碳化硅蒙皮；
[0030]S2、预制体蜂窝低应力工艺沉积碳化硅基体：首先在蜂窝预制体沉积热解碳界面，之后使用化学气相沉积制备碳化硅基体，得到碳/碳化硅蜂窝；
[0031]S3、使用高温胶粘剂将碳/碳化硅蒙皮和碳/碳化硅蜂窝一体化集成，固化升温温度为2℃/min，升温至250℃，固化4h，得到碳/碳化硅蜂窝夹层结构；
[0032]S4、调控蜂窝夹层参数控制具备优异高温力学性能的碳/碳化硅蜂窝夹层结构。
[0033]进一步的，碳本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、预制体蒙皮低应力工艺沉积碳化硅基体：首先将碳纤维预制体蒙皮用石墨模具夹持定型，进行热解碳界面制备，之后使用CVI工艺沉积碳化硅基体，设定沉积温度800～1000℃，得到碳/碳化硅蒙皮；S2、预制体蜂窝低应力工艺沉积碳化硅基体：首先在蜂窝预制体沉积热解碳界面，之后使用化学气相沉积制备碳化硅基体，得到碳/碳化硅蜂窝；S3、使用高温胶粘剂将碳/碳化硅蒙皮和碳/碳化硅蜂窝一体化集成，固化升温温度为2℃/min，升温至250℃，固化4h，得到碳/碳化硅蜂窝夹层结构；S4、调控蜂窝夹层参数控制具备优异高温力学性能的碳/碳化硅蜂窝夹层结构。2.根据权利要求1所述的一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于：碳/碳化硅蒙皮和碳/碳化硅蜂窝采用层间连接工艺制备，将碳/碳化硅蒙皮预制体和碳/碳化硅蜂窝预制体编织成型，编织参数包括蜂窝芯格尺寸、蜂窝芯格纤维取向、层间纤维体积含量、蜂窝芯侧壁纤维方向及配比，通过以下两个阶段提升碳纤维与碳化硅基体间结合力与材料抗氧化性能，其中第一阶段为CVI沉积热解碳界面，第二阶段为基于化学气相沉积工艺沉积碳化硅基体，通过控制成型温度、界面厚度和裂解抑制气体含量，开发低应力成型方法制备碳/碳化硅蒙皮与碳/碳化硅蜂窝。3.根据权利要求2所述的一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于：成型温度范围为800℃～1000℃，热解碳界面厚度100nm～500nm，裂解抑制气体为氢气，体积分数范围为5％～20％。4.根据权利要求2所述的一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于：所述碳/碳化硅蒙皮预制体的编织成型方法为2.5D编织、3D编织或针刺中的任意一种。5.根据权利要求2所述的一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于：所述碳/碳化硅蒙皮预制体和碳/碳化硅蜂窝预制体的原材料均为T300纤维、T700纤维、T800纤维中的任意一种或至少两种的组合。6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：张中伟，杨玉平，武豪，庞旭，苏耿，李玮洁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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