一种用于陶瓷基复合材料预制体的模具制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于陶瓷基复合材料预制体的模具制备方法，以解决现有陶瓷基复合材料预制体的模具尺寸过大，连接方式复杂，脱模困难导致的陶瓷基复合材料构件变形甚至报废的技术问题。该方法包括：1、设计模具；2、加工模具；3、内模上进行陶瓷基复合材料预制体定型；4、子外模进行试合模，相邻外模组装面之间具有1

【技术实现步骤摘要】
一种用于陶瓷基复合材料预制体的模具制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料预制体的模具制备方法，具体涉及一种用于陶瓷基复合材料预制体的模具制备方法。

技术介绍

[0002]陶瓷基复合材料因其高强度、高刚度、良好的抗疲劳性和材料铺层的可设计性等优异性能，在航空航天领域得到日益广泛的应用。目前，CMC
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SiC陶瓷复合材料的制备工艺主要有料浆浸渗
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热压烧结法、直接氧化沉积法(Direct Oxidation)、化学气相浸渗法(Chemical Vapor Infiltration，CVI)、前驱体聚合物分解(Polymer Impregnation Pyrolysis，PIP)、反应溶体浸渗法(Reactive Melt Infiltration，RMI)、定向凝固法(Directional Solidification)等。不同的制备方法有一个共同点就是在制备过程中均需采用模具对预制体进行防护固定。因此，陶瓷基复合材料制备过程中，模具是不可或缺的装备，对于制备各种复杂结构和不同尺寸的构件具有重要作用。模具的结构及其连接方式均对其性能有重要影响。对于陶瓷基复合材料构件定型过程所使用的模具设计而言，需根据不同类别构件制定其特有的模具设计原则。但是模具设计过程中需综合考虑以下几点：复杂型面的加工可达性、构件贴模均匀性、脱模时对构件的保护性及后续化学气相沉积过程中的密度均匀性。
[0003]在满足以上需求的情况下，现有模具主要采用组合形式模具结构，对模具进行拆分设计，拆分后的模具之间采用石墨螺栓及螺母进行连接，此连接方法过于复杂，模具由于需要连接件进行连接从而造成尺寸增大，导致模具加工的周期和时间成本增加，模具连接件连接位置壁厚较厚，影响构件制备过程后续热成型制备过程的均匀性，从而影响构件的最终力学性能。部分结构模具脱模存在困难、不易于操作并且会产生连接失效的情况，从而造成构件在后续制备过程中出现构件变形乃至报废，并且容易造成模具损毁从而增加模具制造的成本及构件制备的周期。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于解决现有陶瓷基复合材料预制体的模具尺寸过大，连接方式复杂，脱模困难导致的陶瓷基复合材料构件变形甚至报废的技术问题，提出一种用于陶瓷基复合材料预制体的模具制备方法。
[0005]本专利技术提供的技术方案为：
[0006]一种用于陶瓷基复合材料预制体的模具制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0007]S1、根据陶瓷基复合材料预制体的形状设计模具，模具包括内模、外模及紧固件；
[0008]外模包括至少两个子外模；子外模具有用于组装的外模组装面，相邻两个子外模的外模组装面连接，至少两个子外模组装成与陶瓷基复合材料预制体相适配的外模；外模组装面上设置有外模定位孔；
[0009]S2、根据步骤S1设计的模具，加工内模、各个子外模及紧固件，内模、子外模及紧固件材料均为石墨；
[0010]S3、在内模外侧铺设碳纤维布进行陶瓷基复合材料预制体定型；
[0011]S4、将各个子外模套设在陶瓷基复合材料预制体的外侧，并用紧固件固定进行试合模，使相邻外模组装面之间具有1
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3mm的预留间隙，同时测量外模与陶瓷基复合材料预制体的缝隙，若缝隙＜0.15mm，则试合模合格；若缝隙≥0.15mm，则继续在陶瓷基复合材料预制体外侧铺设碳纤维布，直至试合模合格；
[0012]S5、拆除紧固件和外模，将陶瓷基复合材料预制体与内模缝合固定，然后将外模套设在陶瓷基复合材料预制体的外侧；
[0013]S6、将定位销通过外模组装面上的外模定位孔对套设在陶瓷基复合材料预制体外的外模进行定位组装，外模组装面之间具有1
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3mm的预留间隙；将外模组装面处理干净并保持干燥；
[0014]S7、采用高温胶粘剂均匀涂覆在外模组装面上，外模组装面上的高温胶粘剂涂覆一遍后，使用热风枪调至100
‑
150℃吹涂刷表面不少于50s；
[0015]S8、重复步骤S7，并进行子外模的预组装，预组装后采用三坐标测量仪测量模具整体尺寸，直至外形轮廓度公差为
±
0.05mm，外模完成组装，将紧固件设置在外模外侧完成合模；
[0016]S9、将步骤S8完成合模的模具采用紧固件固定后，常温常压状态下静置至少24h，或200℃
‑
600℃下烘干3
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20h，获得用于陶瓷基复合材料预制体的模具。
[0017]进一步地，步骤S7中，所述高温胶粘剂的有效工作温度区间的最高温度大于对应陶瓷基复合材料预制体进行沉积制备的温度。
[0018]进一步地，步骤S1中，所述内模包括至少两个子内模，子内模具有用于组装的内模组装面，内模组装面上设置有内模定位孔；
[0019]步骤S2中，加工内模具体为加工各个子内模；
[0020]步骤S3中，通过在内模上铺设碳纤维布进行陶瓷基复合材料预制体定型，具体为：
[0021]S3.1将定位销通过内模组装面上的内模定位孔对内模进行定位组装，内模组装面之间具有1
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3mm的预留间隙；将内模组装面处理干净并保持干燥；
[0022]S3.2采用高温胶粘剂均匀涂覆在内模组装面上，内模组装面上的高温胶粘剂涂覆一遍后，使用热风枪调至100
‑
150℃吹扫涂刷表面不少于50s；
[0023]S3.3重复步骤S3.2，并进行子内模的预组装，预组装后采用三坐标测量仪检测模具整体尺寸，直至外形轮廓度公差为
±
0.05mm，内模完成组装；
[0024]S3.4在步骤S3.3完成组装的内模上铺设碳纤维布进行陶瓷基复合材料预制体定型，铺设碳纤维布的厚度为陶瓷基复合材料预制体设计厚度的1.02
‑
1.1倍。
[0025]进一步地，步骤S3.2中，所述高温胶粘剂的选择：若模具对应的陶瓷基复合材料预制体后续沉积制备工艺中先进行内模脱模，后进行外模脱模，则外模组装采用的高温胶粘剂的有效工作温度高于内模组装采用的高温胶粘剂有效工作温度；
[0026]若模具对应的陶瓷基复合材料预制体后续沉积制备工艺中先进行外模脱模，后进行内模脱模，则外模组装采用的高温胶粘剂的有效工作温度低于内模组装采用的高温胶粘剂的有效工作温度。
[0027]进一步地，步骤S7中，采用高温胶粘剂包括有效工作温度区间为室温
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1200℃的第一高温胶粘剂或有效工作温度区间为室温
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1400℃的第二高温胶粘剂或有效工作温度区间为室温
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1600℃的第三高温胶粘剂或有效工作温度区间为室温
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1800℃的第四高温胶粘剂。
[0028]进一步地，步骤S7中，第一高温胶粘剂，按重量份数计，包括：PVA聚乙烯醇2
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8份、硼砂1
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3份、磷酸二氢铝2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于陶瓷基复合材料预制体的模具制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据陶瓷基复合材料预制体(1)的形状设计模具，模具包括内模(2)、外模及紧固件(10)；外模包括至少两个子外模(3)；子外模(3)具有用于组装的外模组装面(4)，相邻两个子外模(3)的外模组装面(4)连接，至少两个子外模(3)组装成与陶瓷基复合材料预制体(1)相适配的外模；外模组装面(4)上设置有外模定位孔(9)；S2、根据步骤S1设计的模具，加工内模(2)、各个子外模(3)及紧固件(10)，内模(2)、子外模(3)及紧固件(10)材料均为石墨；S3、在内模(2)外侧铺设碳纤维布进行陶瓷基复合材料预制体(1)定型；S4、将各个子外模(3)套设在陶瓷基复合材料预制体(1)的外侧，并用紧固件(10)固定进行试合模，使相邻外模组装面(4)之间具有1
‑
3mm的预留间隙，同时测量外模与陶瓷基复合材料预制体(1)的缝隙，若缝隙＜0.15mm，则试合模合格；若缝隙≥0.15mm，则继续在陶瓷基复合材料预制体(1)外侧铺设碳纤维布，直至试合模合格；S5、拆除紧固件(10)和外模，将陶瓷基复合材料预制体(1)与内模(2)缝合固定，然后将外模套设在陶瓷基复合材料预制体(1)的外侧；S6、将定位销通过外模组装面(4)上的外模定位孔(9)对套设在陶瓷基复合材料预制体(1)外的外模进行定位组装，外模组装面(4)之间具有1
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3mm的预留间隙；将外模组装面(4)处理干净并保持干燥；S7、采用高温胶粘剂均匀涂覆在外模组装面(4)上，外模组装面(4)上的高温胶粘剂涂覆一遍后，使用热风枪调至100
‑
150℃吹涂刷表面不少于50s；S8、重复步骤S7，并进行子外模(3)的预组装，预组装后采用三坐标测量仪测量模具整体尺寸，直至外形轮廓度公差为
±
0.05mm，外模完成组装，将紧固件(10)设置在外模(3)外侧完成合模；S9、将步骤S8完成合模的模具采用紧固件(10)固定后，常温常压状态下静置至少24h，或200℃
‑
600℃下烘干3
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20h，获得用于陶瓷基复合材料预制体(1)的模具。2.根据权利要求1所述的用于陶瓷基复合材料预制体的模具制备方法，其特征在于：步骤S7中，所述高温胶粘剂的有效工作温度区间的最高温度大于对应陶瓷基复合材料预制体(1)进行沉积制备的温度。3.根据权利要求2所述的用于陶瓷基复合材料预制体的模具制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述内模(2)包括至少两个子内模，子内模具有用于组装的内模组装面，内模组装面上设置有内模定位孔；步骤S2中，加工内模(2)具体为加工各个子内模；步骤S3中，通过在内模(2)上铺设碳纤维布进行陶瓷基复合材料预制体(1)定型，具体为：S3.1将定位销通过内模组装面上的内模定位孔对内模(2)进行定位组装，内模组装面之间具有1
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3mm的预留间隙；将内模组装面处理干净并保持干燥；S3.2采用高温胶粘剂均匀涂覆在内模组装面上，内模组装面上的高温胶粘剂涂覆一遍后，使用热风枪调至100
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150℃吹扫涂刷表面不少于50s；S3.3重复步骤S3.2，并进行子内模(2)的预组装，预组装后采用三坐标测量仪检测模具
整体尺寸，直至外形轮廓度公差为
±
0.05mm，内模(2)完成组装；S3.4在步骤S3.3完成组装的内模(2)上铺设碳纤维布进行陶瓷基复合材料预制体(1)定型，铺设碳纤维布的厚度为陶瓷基复合材料预制体(1)设计厚度的1.02
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1.1倍。4.根据权利要求3所述的用于陶瓷基复合材料预制体的模具制备方法，其特征在于：步骤S3.2中，所述高温胶粘剂的选择：若模具对应的陶瓷基复合材料预制体(1)后续沉积制备工艺中先进行内模(2)脱模，后进行外模脱模，则外模组装采用的高温胶粘剂的有效工作温度高于内模组...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂建勇，陈静，刘梦珠，都嘉鑫，吴京军，李鹏，薛飞彪，吴亚明，
申请(专利权)人：西安鑫垚陶瓷复合材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：