本发明专利技术公开了一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置，包括：纱架、熔铝炉和缠绕机，纱架与熔铝炉之间设置有进丝口，熔铝炉与缠绕机之间设置有出丝口；纱架内设置有多个纱锭和多个与纱锭以及进丝口相适配的导向滚动轮，初始纤维材料从纱锭上经导向滚动轮和进丝口进入到熔铝炉内；熔铝炉包括坩埚、熔铝炉加热装置、铝液罐、绕转机构和进料口，熔铝炉加热装置设置在坩埚外周，铝液罐设置在坩埚内，绕转机构设置在铝液罐内，铝液罐内铝液液面等于或者低于进丝口高度，初始纤维材料从进丝口进入到熔铝炉内且绕经绕转机构浸入到铝液内后经出丝口送出所述熔铝炉；缠绕机包括模具，浸润铝液后的纤维材料进入缠绕机内后被绕设在模具上。上。上。
【技术实现步骤摘要】
一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置
[0001]本专利技术涉及铝基碳化硅连续纤维材料制备装置
，特别涉及一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置。
技术介绍
[0002]铝基复合材料因具有密度低、高比强、高比模、高耐磨性和低热膨胀系数等优异特性，已经广泛地应用到航空航天、汽车、电子封装和交通运输等领域。但随着科技的发展，尤其是航空航天领域对材料性能的要求日益提高，迫切需要对铝基复合材料进行性能提升。目前，铝基复合材料主要分为颗粒增强铝基复合材料和纤维增强铝基复合材料。颗粒增强铝基复合材料虽然具有较高的强度，但是其断裂韧性较差，使用可靠性不足；纤维增强铝基复合材料，尤其是连续纤维增强铝基复合材料既能保证复合材料的强度，又能提高材料的断裂韧性和抗冲击性能等。而纤维增强铝基复合材料目前主要使用碳纤维，碳纤维由于会和铝反应，导致纤维强度下降，所以必须对碳纤维进行多次界面处理，使材料的制备工艺更加复杂。
[0003]碳化硅纤维作为一种典型的高性能陶瓷纤维，其与铝的界面相容性较好，二者不会发生化学反应，而且碳化硅纤维具有良好的耐高温性能和耐氧化性能，将其用于铝基复合材料可以有效提高材料的强度、耐温性能、耐腐蚀性能和断裂韧性等。纤维增强金属基复合材料能综合金属和SiC各自的优点，可同时具有优异的结构承载功能、卓越的热控功能以及独特的防共振功能。利用SiC良好的承载能力和复合材料的耐高温、耐腐蚀、耐磨损以及高强度、高韧性等优异性能，广泛地应用于航天，化工，机械等领域，它综合了金属塑性、韧性以及陶瓷材料的高温度、硬度，高模量，耐腐蚀的优点，可在高温、腐蚀、磨损等苛刻的工作条件下使用。
[0004]缠绕成型工艺，指将以树脂胶液浸泡的连续纤维或布带，依循工艺规范缠绕到芯模上，固化脱模并获得复合材料制品。缠绕工艺有干、湿法缠绕两类，干法工艺成型，含胶量较低、工艺参数控制准确、壳体性能水平较高；湿法工艺则具备周期短、经济、纤维损伤小等优势。缠绕工艺制成的纤维连续性好、强度高、适用于机械化生产且周期短。纤维缠绕复合材料壳体成熟已应用于火箭发动机制造领域。目前，缠绕制品在军、民两方面都有应用。军品制造主要考虑到该型制品的高性能、精确缠绕结构等优点，民用产品涵盖有贮罐、管材等。
[0005]目前，铝基碳化硅连续纤维材料的制备装置/设备存在各方面的缺陷和不足，如中国专利CN107513675、一种碳化硅纤维束增强铝基复合材料的制备方法，该专利技术公开了一种碳化硅纤维束增强铝基合材料的制备方法，采用纤维束编织成纤维布，与石墨粉层状压制构成碳化硅纤维布，将铝或铝合金箔与碳化硅纤维布进行层状交替叠加，得到复合压制烧结前的预制体，将预制体进行压制烧结，冷却，得到长丝碳化硅纤维束网状增强铝基复合材料。该专利技术制造的复合材料比目前使用的铝碳化硅复合材料的热导率高、增强体碳化硅体积分数大，比铝金刚石复合材料的成本低，但是采用该专利技术得到的长丝碳化硅纤维束网状
增强铝基复合材料，存在产品外围存在纤维断开的问题，不能充分发挥纤维在纵向的性能优势。如中国专利ZL201911186384.X、一种石墨纤维/碳化硅复合材料激光原位成型装置及方法，该专利技术公开一种石墨纤维/碳化硅复合材料激光原位成型装置及方法，装置包括碳纤维放卷辊、五辊牵伸机、包覆机头、挤出机、半导体阵列激光器、石英玻璃、反应炉、磁流体密封、气体探测器、抽气泵、氩气净化机、氩气瓶、阀门、PC机和纤维缠绕装置。其采用硅胶混合石墨粉和碳化硼粉包覆碳纤维，包覆剂量可控且包覆均匀，激光与碳纤维等材料相互作用可实现瞬间升温，热处理时间大幅缩短，石墨纤维/碳化硅复合材料成型效率高，且直接成型碳化硅基复合材料制品，实现了石墨纤维/碳化硅复合材料的成型及应用的一体化，扩大了制品性能调控空间；在硅胶中混入碳化硼，对碳化硅的生成起到促进作用，而且对碳纤维高温条件下的石墨化进程起到促进作用。在该专利技术专利方法的中提到：“第六步，经过反应处理的纤维制备成石墨纤维/碳化硅复合材料，进入纤维缠绕装置进行缠绕或者编织成型制品。”但是从反应炉出来的石墨纤维/碳化硅复合材料在常温条件下会很快凝固成固态的金属线，采用常规的纤维缠绕装置也不能得到所需的纤维缠绕产品。如中国专利201910359701.7、纤维定向无交叉排列的纤维增强金属基复合材料的制备方法，该专利技术涉及纤维定向无交叉排列的纤维增强金属基复合材料的制备方法，步骤包括：采用气象沉积的方法在纤维表面形成界面阻挡层；再在纤维表面沉积形成金属涂层；将先驱丝缠绕在环件上，得到均匀定向无交叉排列的环状纤维带，局部固定纤维段并裁断或截取，后放入包套中，制备出纤维定向无交叉排列的预成型体，再通过电子束、热等静压制备出毛坯件。从而获得体积分数可控、纤维定向无交叉排列的纤维增强金属基复合材料。该专利技术的实施方案如图2
‑
3所示。该专利技术采用物理气相沉积的方法在纤维表面形成金属涂层，金属涂层的厚度决定了纤维的体积分数，有效的保证了高体积分数复合材料的制备；工艺简单、可控性好、生产效率高，有助于实现高性能纤维增强金属基复合材料连接件的制备。但是采用该专利技术得到的纤维定向无交叉排列的纤维增强金属基复合材料，存在产品外围存在纤维断开的问题，不能充分发挥纤维在纵向的性能优势。如中国专利202110044103.8、一种连续氧化铝纤维增强铝基电缆芯及其制备方法和设备，该专利技术涉及一种连续氧化铝纤维增强铝基电缆芯及其制备方法和设备；属于高温导电材料的制造及设计制备
所述连续氧化铝纤维增强铝基导电材料包括基体材料、增强体材料、耐高温涂层、界面层；所述增强体材料为连续氧化铝纤维、所述过渡层附着在增强体材料上，所述基体材料通过过渡层与增强体材料构成一个整体。所述制备方法依次包括：氧化铝预制体的制备、耐高温涂料的制备、界面层的制备、复合材料制备等。在复合材料制备过程中，该专利技术开发出了适用于机械增压的高效、安全生产设备。该专利技术材料成分设计合理；制备工艺简单可控，配套设备使用安全、高效，所得产品性能优良；便于大规模工业化应用。但是，该专利技术的产品只局限于“一种连续氧化铝纤维增强铝基电缆芯及其制备方法和设备“，不适合于铝基碳化硅连续纤维产品缠绕成型。
技术实现思路
[0006]本专利技术目的是结合已有的压力浸渍工艺及纤维缠绕工艺，使碳化硅连续纤维在熔铝炉内，在高纯度氮气的环境中，与性能改良后的铝液进行高压浸渍。浸渍铝液后的碳化硅连续纤维在高温条件下，在高纯度氮气的环境中，按照产品设计要求连续缠绕到模具中，从
而制造出设计所需要的产品。由于在产品加工过程中，碳化硅纤维一直是连续不断的，所以生产的产品能分发挥纤维在纵向的性能优势。另外，由于在产品缠绕过程中，线型可以根据产品的需要进行调整，这样，通过设计的优化，可是制造出性价比最优的产品。同时，由于压力浸渍及纤维缠绕都是同步连续化进行的，为工业规模化生产打下了基础。提供了一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置，其技术方案如下：
[0007]本专利技术的一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置，所述装置包括：纱架、熔铝炉和缠绕机，所述纱架与所述熔铝炉之间设置本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置，其特征在于，所述装置包括：纱架(1)、熔铝炉(2)和缠绕机(3)，所述纱架(1)与所述熔铝炉(2)之间设置有进丝口(4)，所述熔铝炉(2)与所述缠绕机(3)之间设置有出丝口(5)；所述纱架(1)内设置有多个纱锭(11)和多个与所述纱锭(11)以及所述进丝口(4)相适配的导向滚动轮(12)，初始纤维材料从所述纱锭(11)上经所述导向滚动轮(12)和所述进丝口(4)进入到所述熔铝炉(2)内；所述熔铝炉(2)包括坩埚(21)、熔铝炉加热装置(22)、铝液罐(23)、绕转机构(24)和进料口(25)，所述熔铝炉加热装置(22)设置在所述坩埚(21)外周，所述铝液罐(23)设置在所述坩埚(21)内，所述绕转机构(24)设置在所述铝液罐(23)内，所述铝液罐(23)内铝液液面等于或者低于所述进丝口(4)高度，初始纤维材料从所述进丝口(4)进入到所述熔铝炉(2)内且绕经所述绕转机构(24)浸入到铝液内后经所述出丝口(5)送出所述熔铝炉(2)；所述缠绕机(3)包括模具(31)，浸润铝液后的纤维材料进入所述缠绕机(3)内后被绕设在所述模具(31)上。2.根据权利要求1所述的铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置，其特征在于，所述纱架(1)内设置有至少两行和至少两列所述纱锭(11)，每一列的所述纱锭(11)转轴处于同一竖线上，每一列的所述纱锭(11)转轴处于同一水平线上，每一列所述纱锭(11)上方设置有一个所述导向滚动轮(12)，所述导向滚动轮(12)的高度与所述进丝口(4)相适配。3.根据权利要求1所述的铝基碳化硅连续纤维材料缠绕成型装置，其特征在于，所述熔铝炉(2)还包括熔铝炉盖板(26)、超声处理器(27)、熔铝...
【专利技术属性】
技术研发人员：王培生，杨威，黄小忠，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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