【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于陶瓷基复合材料相关，更具体地，涉及一种高超声速飞行器热端构件及其制备方法与应用。
技术介绍
1、碳化硅(sic)及其复合材料具有耐高温、抗氧化、轻质、高耐磨等综合品质，已经成为航空航天领域中热端部件的重要材料，并已得到广泛的应用。但由于碳化硅陶瓷材料的硬度和脆性大，导致毛坯加工难度大、成本高、周期长。而且，受到设备、成形工艺等方面的限制，利用传统方法制备大尺寸、轻量化、结构复杂的高品质碳化硅复合材料时遇到了很大障碍，普遍存在成形工艺复杂、造价高、制造周期长、消耗高、质量难以控制等问题，已成为限制其工程应用的技术瓶颈。
2、近年来，随着增材制造技术的迅速发展，其已经被应用于碳化硅陶瓷材料的无模成形，结合后处理工艺初步实现了复杂结构的碳化硅陶瓷零件的快速制造。与传统制备方法通过模压/冷等静压、生坯机械加工与烧结过程不同，增材制造过程是将净坯的数字化三维模型离散切分成若干个二维平面，利用精密喷头或激光等，根据层片信息，在数字化扫描控制驱动下，将碳化硅原材料粉末或浆料通过连续的物理层逐层叠加，生成实体净坯。近年来，采用粉末床的3d打印技术成形复杂结构陶瓷零部件已有相关报道。如专利cn107043259a公开了一种基于喷雾造粒制备的碳化硅粉进行激光选区烧结成形，再经过热解、渗硅烧结得到致密碳化硅零件的方法。该技术制备的致密碳化硅零件内部含有一定量的游离硅，游离硅在较高温度(大于1400℃)易于氧气发生反应，无法满足再入式高超声速飞行器热端构件对材料耐氧化烧蚀性能的要求。又如专利cn200510020015.5公开
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种高超声速飞行器热端构件及其制备方法与应用，其借助氮化在坯体内部生成均匀分布的氮化硅结合相和热解碳，反应烧结渗硅将热解碳转化为碳化硅，使得到的材料内部含有原位氮化生成的氮化硅和反应烧结渗硅生成的二次碳化硅(β-sic)作为结合相，相较单一的si3n4或者β-sic作为结合相的材料具有更优异的力学性能。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种高超声速飞行器热端构件的制备方法，该方法包括以下步骤：
3、(1)以陶瓷-金属硅-粘结剂复合粉体为原料打印得到待制备高超声速飞行器热端构件的生坯；其中，所述陶瓷-金属硅-粘结剂复合粉体的原料包括陶瓷粉、金属硅、有机粘结剂；
4、(2)将生坯固化后先在氮气条件下无压烧结，然后浸渗碳前驱体并进行反应烧结，进而得到所述高超声速飞行器热端构件。
5、进一步地，反应烧结后，将得到的产品先去除游离硅，然后在表面黏附sic纤维布以得到所述高超声速飞行器热端构件。
6、进一步地，去除游离硅的方法包括碱液处理法、酸腐蚀法及高温除si法。
7、进一步地，以陶瓷粉、金属硅、有机粘结剂为原料，先将陶瓷粉与有机粘结剂进行一次混合，然后加入金属硅二次混合均匀得到陶瓷-金属硅-粘结剂复合粉体。
8、进一步地，将陶瓷粉与有机粘结剂进行一次混合的方法为包覆法，加入金属硅后进行二次混合的方法为机械混合法。
9、进一步地，所述陶瓷粉包括碳化硅、氮化硅、碳化硼中的一种或者两种以上，其平均球形度大于1.3；所述有机粘结剂包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺中的一种或者两种以上。
10、进一步地，碳前驱体包括酚醛树脂、沥青中的一种或者两种。
11、进一步地，无压烧结的温度大于等于1400℃，反应烧结的温度大于等于1500℃。
12、本专利技术还提供了一种高超声速飞行器热端构件，所述热端构件是采用如上所述的高超声速飞行器热端构件的制备方法制备而成的。
13、本专利技术还提供了一种飞行器，所述飞行器包括本体及连接于所述本体的热端构件，所述热端构件为如上所述的高超声速飞行器热端构件。
14、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的高超声速飞行器热端构件及其制备方法与应用主要具有以下有益效果：
15、1.本专利技术借助氮化在坯体内部生成均匀分布的氮化硅结合相和热解碳，反应烧结渗硅将热解碳转化为碳化硅，所得到的材料内含有原位氮化生成的氮化硅和反应烧结渗硅生成的二次碳化硅(β-sic)作为结合相，相较单一的si3n4或者β-sic作为结合相的材料具有更优异的力学性能。
16、2.通过去除游离硅在材料内部引入一定量气孔，彻底解决了材料在高温氧化条件下的烧蚀问题，并且微孔的存在可以吸收热应力，防止应力过大对材料造成的破坏。
17、3.采用包覆法与机械混合法联用的复合粉体制备工艺，既确保了复合粉体良好的流动性，同时使得粘结剂仅包裹在陶瓷粉体表面，金属硅得以在后续无压烧结过程中与氮气充分反应，原位生成的氮化硅和反应烧结生成的二次碳化硅共同构成结合相，确保材料在去除游离硅的情况下仍能保持较好的力学性能。
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1.一种高超声速飞行器热端构件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的高超声速飞行器热端构件的制备方法，其特征在于：反应烧结后，将得到的产品先去除游离硅，然后在表面黏附SiC纤维布以得到所述高超声速飞行器热端构件。
3.如权利要求2所述的高超声速飞行器热端构件的制备方法，其特征在于：去除游离硅的方法包括碱液处理法、酸腐蚀法及高温除Si法。
4.如权利要求1所述的高超声速飞行器热端构件的制备方法，其特征在于：以陶瓷粉、金属硅、有机粘结剂为原料，先将陶瓷粉与有机粘结剂进行一次混合，然后加入金属硅二次混合均匀得到陶瓷-金属硅-粘结剂复合粉体。
5.如权利要求4所述的高超声速飞行器热端构件的制备方法，其特征在于：将陶瓷粉与有机粘结剂进行一次混合的方法为包覆法，加入金属硅后进行二次混合的方法为机械混合法。
6.如权利要求4所述的高超声速飞行器热端构件的制备方法，其特征在于：所述陶瓷粉包括碳化硅、氮化硅、碳化硼中的一种或者两种以上，其平均球形度大于1.3；所述有机粘结剂包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺中的
7.如权利要求4所述的高超声速飞行器热端构件的制备方法，其特征在于：碳前驱体包括酚醛树脂、沥青中的一种或者两种。
8.如权利要求1-7任一项所述的高超声速飞行器热端构件的制备方法，其特征在于：无压烧结的温度大于等于1400℃，反应烧结的温度大于等于1500℃。
9.一种高超声速飞行器热端构件，其特征在于：所述热端构件是采用权利要求1-8任一项所述的高超声速飞行器热端构件的制备方法制备而成的。
10.一种飞行器，其特征在于：所述飞行器包括本体及连接于所述本体的热端构件，所述热端构件为权利要求9所述的高超声速飞行器热端构件。
...【技术特征摘要】
1.一种高超声速飞行器热端构件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的高超声速飞行器热端构件的制备方法，其特征在于：反应烧结后，将得到的产品先去除游离硅，然后在表面黏附sic纤维布以得到所述高超声速飞行器热端构件。
3.如权利要求2所述的高超声速飞行器热端构件的制备方法，其特征在于：去除游离硅的方法包括碱液处理法、酸腐蚀法及高温除si法。
4.如权利要求1所述的高超声速飞行器热端构件的制备方法，其特征在于：以陶瓷粉、金属硅、有机粘结剂为原料，先将陶瓷粉与有机粘结剂进行一次混合，然后加入金属硅二次混合均匀得到陶瓷-金属硅-粘结剂复合粉体。
5.如权利要求4所述的高超声速飞行器热端构件的制备方法，其特征在于：将陶瓷粉与有机粘结剂进行一次混合的方法为包覆法，加入金属硅后进行二次混合的方法为机械混合法。
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【专利技术属性】
技术研发人员：李晨辉，胡梁，彭越芳，王云轩，周念莺，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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