一种超薄碳-陶复合材料喷管延伸段的制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种超薄碳

【技术实现步骤摘要】
一种超薄碳
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陶复合材料喷管延伸段的制备方法和应用


[0001]本专利技术属于碳
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陶复合材料高温结构部件
，尤其涉及一种超薄碳
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陶复合材料喷管延伸段的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，火箭发动机多采用金属夹层冷却和单壁辐射冷却喷管，用作大扩张比喷管具有明显的结构重量劣势，且存在耐高温能力不足、抗环境侵蚀能力差、环境适应性差等问题。
[0003]连续碳纤维增强陶瓷基复合材料(碳
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陶复合材料)是具有轻量化、耐高温、耐腐蚀、可重复使用特性的新型高温结构材料，其综合了碳纤维优越的力学性能和碳化物陶瓷良好的热稳定性和物理性能，具有质轻、耐腐蚀、耐磨性好、抗热震性好、抗氧化性好，以及良好的高温力学性能等优异性能，广泛应用于飞行器热防护结构中，是火箭发动机喷管发展的重要方向。
[0004]采用碳
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陶复合材料喷管延伸段替代传统金属材料可实现构件减重50％以上，有效提高发动机的载荷，其优异的耐热性能和抗烧蚀性能可明显简化扩张段冷却结构，大大减轻结构重量的同时提高结构的整体可靠性。因此，碳
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陶复合材料可实现火箭发动机喷管减重、散热和结构等多功能的一体化，是大尺寸、大扩张比、轻量化喷管材料的最佳选择。
[0005]目前，制备碳
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陶复合材料喷管的主要采用化学气相渗透法(CVI)和先驱体浸渍裂解法(PIP)。CVI法和PIP法制备得到的C/C
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SiC复合材料综合性能优良，但是均存在成本高、周期长、对环境不友好的问题；反应熔渗法(RMI)作为另一种制备碳
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陶复合材料的方法，是利用液态金属渗入多孔碳
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碳坯体中，通过原位反应形成碳
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陶复合材料，该方法具有周期短、成本低的特点，目前尚未发现采用RMI法制备超薄壁特征的碳
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陶回转体结构件。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种超薄碳
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陶复合材料喷管延伸段的制备方法和应用，本专利技术提供的方法工艺简单、操作方便、过程可控、成本低、周期短。
[0007]本专利技术提供了一种超薄碳
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陶复合材料喷管延伸段的制备方法，包括：
[0008]将碳纤维仿形预制体进行第一高温热处理，得到第一高温处理后产品；
[0009]将所述第一高温处理后产品采用化学气相渗透，得到多孔碳
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碳喷管延伸段坯体；
[0010]将所述多孔碳
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碳喷管延伸段坯体进行第二高温热处理和机加工后，得到第二高温处理产品；
[0011]将所述第二高温处理产品采用反应熔渗，得到碳
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陶喷管延伸段坯体；
[0012]将所述碳
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陶喷管延伸段坯体进行精加工，得到超薄碳
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陶复合材料喷管延伸段；
[0013]所述第一高温热处理过程中在碳纤维仿形预制体内部设置第一工装，所述第一工装进行第一高温热处理膨胀后的外型面形状尺寸与预获得的碳纤维仿形预制体的内型面形状尺寸一致。
[0014]优选的，所述化学气相沉积过程中在所述第一高温处理后产品内部设置第二工装，所述第二工装在进行化学气相沉积膨胀后的外型面形状尺寸与预获得的多孔碳
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碳喷管延伸段坯体的内型面形状尺寸一致。
[0015]优选的，所述化学气相沉积过程中在所述第一高温处理后产品的外部设置有第三工装；
[0016]所述第三工装与第一高温处理后产品之间设置有间隙，作为化学气相沉积过程中的气体流动通道。
[0017]优选的，所述第三工装内型面的形状与第一高温处理后产品外型面形状配合设计，使化学气相沉积所用气体通过第一高温处理后产品和第三工装之间的截面面积相同。
[0018]优选的，所述第二高温处理过程中在所述多孔碳
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碳喷管延伸段坯体内部设置第四工装，所述第四工装的结构尺寸与第一工装的结构尺寸相同。
[0019]优选的，所述反应溶渗过程中在所述第二高温处理后产品的外部设置有第五工装；所述第二高温处理后产品和第五工装之间设置有间隙，所述间隙之间填充有溶渗粉料。
[0020]优选的，所述反应溶渗过程中在所述第二高温处理后产品的内部设置有第六工装，所述第六工装的结构尺寸与第一工装的结构尺寸相同。
[0021]优选的，所述第一工装、第二工装、第三工装、第四工装、第五工装和第六工装的材质独立的选自碳材料。
[0022]优选的，所述间隙的距离为30～80mm。
[0023]本专利技术提供了一种火箭发动机，包括：上述技术方案所述的方法制备得到的超薄碳
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陶复合材料喷管延伸段。
[0024]本专利技术提供了一种超薄壁碳
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陶复合材料喷管延伸段的制造方法，具有方法简单、操作方便、过程可控、成本低、周期短等特点，适合异形薄壁碳
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陶复合材料及构件的近净成型，为异形薄壁碳
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陶复合材料构件高效制备和低成本生产提供了一种切实有效的方法。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例制备超薄壁碳
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陶复合材料喷管延伸段的工艺流程图；
[0026]图2为本专利技术实施例制备的超薄壁碳
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陶复合材料喷管延伸段的实物图；
[0027]图3为本专利技术实施例制备碳纤维仿形预制体不同厚度区域的示意图；
[0028]图4为本专利技术实施例中碳纤维仿形预制体余量设计的示意图；
[0029]图5为本专利技术实施例中碳纤维仿形预制体余量设计的示意图。
具体实施方式
[0030]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]本专利技术提供了一种超薄碳
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陶复合材料喷管延伸段的制备方法，包括：
[0032]将碳纤维仿形预制体进行第一高温热处理，得到第一高温处理后产品；
[0033]将所述第一高温处理后产品采用化学气相渗透，得到多孔碳
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碳喷管延伸段坯体；
[0034]将所述多孔碳
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碳喷管延伸段坯体进行第二高温热处理和机加工，得到第二高温处理产品；
[0035]将所述第二高温处理产品采用反应熔渗，得到碳
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陶喷管延伸段坯体；
[0036]将所述碳
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陶喷管延伸段坯体进行精加工，得到超薄碳
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陶复合材料喷管延伸段；
[0037]所述第一高温热处理过程中在碳纤维仿形预制体内部设置第一工装，所述第一工装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超薄碳
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陶复合材料喷管延伸段的制备方法，其特征在于，包括：将碳纤维仿形预制体进行第一高温热处理，得到第一高温处理后产品；将所述第一高温处理后产品采用化学气相渗透，得到多孔碳
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碳喷管延伸段坯体；将所述多孔碳
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碳喷管延伸段坯体进行第二高温热处理和机加工后，得到第二高温处理产品；将所述第二高温处理产品采用反应熔渗，得到碳
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陶喷管延伸段坯体；将所述碳
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陶喷管延伸段坯体进行精加工，得到超薄碳
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陶复合材料喷管延伸段；所述第一高温热处理过程中在碳纤维仿形预制体内部设置第一工装，所述第一工装进行第一高温热处理时膨胀后的外型面形状尺寸与预获得的碳纤维仿形预制体内型面形状尺寸一致。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积过程中在所述第一高温处理后产品内部设置第二工装，所述第二工装在进行化学气相沉积时膨胀后的外型面形状尺寸与预获得的多孔碳
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碳喷管延伸段坯体的内型面形状尺寸一致。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积过程中在所述第一高温处理后产品的外部设置有第三工装；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雅雷，熊翔，张红波，李秋，叶志勇，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：