【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料扩散段制作方法，具体地指一种复合材料扩散段结构及其混合成型方法。
技术介绍
1、在航天生产中，扩散段作为固体火箭发动机喷管中提高能量转换效率的关键零部件，要承受高温、高压、烧蚀和力学载荷的综合作用。在固体火箭发动机工作过程中，喷管扩散段需要在高温、高压气流的冲刷作用下提供稳定的气动型面，以保证固体火箭发动机的推力转化效率，同时还要保证良好的隔热性能和较高的结构强度。因此，固体火箭发动机扩散段绝热层的质量，对发动机的性能有很大影响。扩散段绝热层一般由碳纤维层和高硅氧纤维层组成，或由单一的碳纤维层组成，碳纤维层主要作用是抗烧蚀，高硅氧纤维层主要作用是隔热。
2、通常，扩散段绝热层成型方法有纤维布带缠绕、短纤维预混料模压以及树脂传递模塑成型(rtm)等成型方式，不同成型方式各有优缺点，传统扩散段绝热层根据使用条件选择不同的成型方式。随着固体火箭发动机的快速发展，为迎合多功能性、低成本复合材料市场需求，对扩散段绝热层要求越来越高，需要同时满足耐烧蚀性能好、结构强度高、质量轻、隔热性能好等优点。传统的纤维布带缠绕一般采用高硅氧/酚醛布带+碳布/酚醛布带缠绕成型的方式，能满足扩散段抗烧蚀及隔热功能，但当碳布缠绕厚度大于20mm后，扩散段内部极易出现分层、裂纹、褶皱等缺陷，工艺上需采用分多次缠绕、固化的方式实现大厚度碳布层缠绕，这会带来高成本和高质量风险。扩散段采用短纤维预混料模压成型在烧蚀性能和结构强度方面表现一般。而rtm成型则只能实现单一材料成型，不能同时满足耐烧蚀和隔热功能。
3、传统的扩
技术实现思路
1、为克服上述技术的不足，本专利技术提供一种复合材料扩散段结构及其混合成型方法，不仅保证了扩散段绝热层各方面性能要求，也降低了复合材料扩散段成型难度和成本。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种复合材料扩散段结构，由大厚度碳层、韧性胶膜层和高硅氧层组成；所述大厚度碳层外型面设置有圆柱平台、小端轴向挡槽、锥面环槽、大端轴向挡槽。
4、一种复合材料扩散段结构的混合成型方法，包括以下步骤：
5、1)采用rtm成型技术制备大厚度碳层，对大厚度碳层外型面进行机械加工，通过机械加工在大厚度碳层外型面加工出圆柱平台、小端轴向挡槽、锥面环槽和大端轴向挡槽；
6、2)在机加工好的大厚度碳层外型面上刷涂韧性胶，以最终形成韧性胶膜层；
7、3)待形成韧性胶膜层的韧性胶胶液处于半固化状态时，在韧性胶膜层上缠绕高硅氧层；
8、4)对上述坯料进行固化成型；
9、5)对固化后的坯料进行外形加工，最终获得复合材料扩散段结构。
10、优选地，所述步骤1)中，rtm成型技术中使用的预制件织物是采用两层12k无纬布和一层12k网胎交替叠层连续针刺碳纤维织物，碳纤维按0°/90°夹角排列。
11、优选地，所述步骤2)中，韧性胶膜层厚度为0.2-0.3mm，拉剪强度不低于20mpa。
12、优选地，所述步骤3)中，高硅氧层由多条不同尺寸的高硅氧布带缠绕成型，所述高硅氧布带为高硅氧/酚醛树脂预浸布，布带缠绕方式为平叠缠绕。
13、优选地，所述步骤3)中，在高硅氧层缠绕成型过程中，首先进行小端轴向挡槽对应位置的缠绕，将小端轴向挡槽缠绕至高于圆柱平台；然后进行大端轴向挡槽对应位置的缠绕，将大端轴向挡槽缠绕至高于其相邻锥面；再后进行包括圆柱平台、小端轴向挡槽、锥面环槽和大端轴向挡槽对应位置在内的锥面成型缠绕，并且各段锥面缠绕至留有机加工余量。
14、优选地，所述步骤4)中，固化过程如下：从室温升温至60℃，60℃保温90-100min；然后升温至80℃，80℃保温90-100min；接着升温至100℃，100℃保温180-200min；再升温至120℃，120℃保温120-140min；最后升温至160℃，160℃保温240-260min，保温结束后降温；升温速率0.2℃/min，降温速率0.1℃/min。
15、相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术利用复合材料扩散段混合成型技术实现多功能、大厚度、高性能扩散段制造，解决高性能固体火箭发动机制造难题。本专利技术将碳层rtm成型与高硅氧层缠绕成型两种技术结合形成扩散段混合成型方法，其主要技术难点在于两种成型方式在共固化过程中热应力的协调匹配，若固化过程中热应力不匹配易造成两者界面分层、脱粘、开裂等缺陷。本专利技术通过优选的固化温度梯度及升降温速率实现异种材料异种工艺共固化。同时，通过在碳层与高硅氧层之间设置韧性胶膜层，作为扩散段固化过程中热应力释放的缓冲层，保证了产品固化质量。通过在碳层外型面加工特定的凹槽以增强碳层与高硅氧层结合强度以及提高扩散段的轴向承载强度。
16、通过本专利技术方法制备的复合材料扩散段结构具有厚度大、内部质量好、耐烧蚀性能好、结构强度高、质量轻、隔热性能好的优点，完全满足产品设计精度要求。
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1.一种复合材料扩散段结构，其特征在于：由大厚度碳层(1)、韧性胶膜层(2)和高硅氧层(3)组成；所述大厚度碳层(1)外型面设置有圆柱平台(4)、小端轴向挡槽(5)、锥面环槽(6)、大端轴向挡槽(7)。
2.一种权利要求1所述的复合材料扩散段结构的混合成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的复合材料扩散段结构的混合成型方法，其特征在于：所述步骤1)中，RTM成型技术中使用的预制件织物是采用两层12K无纬布和一层12K网胎交替叠层连续针刺碳纤维织物，碳纤维按0°/90°夹角排列。
4.根据权利要求2所述的复合材料扩散段结构的混合成型方法，其特征在于：所述步骤2)中，韧性胶膜层(2)厚度为0.2-0.3mm，拉剪强度不低于20MPa。
5.根据权利要求2所述的复合材料扩散段结构的混合成型方法，其特征在于：所述步骤3)中，高硅氧层(3)由多条不同尺寸的高硅氧布带缠绕成型，所述高硅氧布带为高硅氧/酚醛树脂预浸布，布带缠绕方式为平叠缠绕。
6.根据权利要求5所述的复合材料扩散段结构的混合成型方法，其特征在于：
7.根据权利要求2所述的复合材料扩散段结构的混合成型方法，其特征在于：所述步骤4)中，固化过程如下：从室温升温至60℃，60℃保温90-100min；然后升温至80℃，80℃保温90-100min；接着升温至100℃，100℃保温180-200min；再升温至120℃，120℃保温120-140min；最后升温至160℃，160℃保温240-260min，保温结束后降温；升温速率0.2℃/min，降温速率0.1℃/min。
...【技术特征摘要】
1.一种复合材料扩散段结构，其特征在于：由大厚度碳层(1)、韧性胶膜层(2)和高硅氧层(3)组成；所述大厚度碳层(1)外型面设置有圆柱平台(4)、小端轴向挡槽(5)、锥面环槽(6)、大端轴向挡槽(7)。
2.一种权利要求1所述的复合材料扩散段结构的混合成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的复合材料扩散段结构的混合成型方法，其特征在于：所述步骤1)中，rtm成型技术中使用的预制件织物是采用两层12k无纬布和一层12k网胎交替叠层连续针刺碳纤维织物，碳纤维按0°/90°夹角排列。
4.根据权利要求2所述的复合材料扩散段结构的混合成型方法，其特征在于：所述步骤2)中，韧性胶膜层(2)厚度为0.2-0.3mm，拉剪强度不低于20mpa。
5.根据权利要求2所述的复合材料扩散段结构的混合成型方法，其特征在于：所述步骤3)中，高硅氧层(3)由多条不同尺寸的高硅氧布带缠绕成型，所述高硅氧布带为高硅氧/酚醛树脂预浸布，布带缠绕方式为...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖孟，李艳阳，曾建军，刘嘉琪，龙小裕，吴越，
申请(专利权)人：湖北三江航天江北机械工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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