【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能材料，具体涉及一种多取向连续纤维增强sic复合材料复杂构件及其增材制造方法。
技术介绍
1、碳化硅陶瓷材料具有耐高温、高比强、高耐磨性、耐氧化等优点，已成为高温材料领域的研究重点，甚至有希望替代高温合金成为高性能航空发动机的备选材料。但由于化学键性质和晶体结构，陶瓷材料通常韧性较差，导致了它在使用过程中可靠性差，难以满足航天航空、军事工业等特殊领域的应用需求。
2、目前，提高陶瓷韧性和可靠性的有效方法是引入高强度、高弹性的纤维(包括短切纤维和连续纤维)作为增强材料；在承受载荷时，基体中的增强纤维可通过裂纹偏转、纤维拔出和断裂等机理吸收能量，有效防止基体的断裂失效。短切纤维密度低、比性能高、无蠕变、耐疲劳性好，但其无法人为调整取向，同时由于长度限制无法进行编织或排布，无法显著提高强度。连续纤维的比刚度高、强度高、可定制性好，但其轴向受力和径向受力相差较大，弯曲易折断。
3、此外，纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的传统加工方法主要包括机械加工、模压成型、冲压成型等，通常存在加工效率低、成型构件的精度、性能较差、成本高，不适宜于小尺寸及复杂结构的加工，难于批量生产等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种多取向纤维增强sic复合材料复杂构件的增材制造方法，将激光切割碳纤维布预浸带与短纤维浆料挤出成型工艺结合制备多取向的纤维预制体，再进行致密化来获得多取向纤维增强sic复合材料复杂构件。该方法可极大地增加
2、为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种多取向纤维增强sic复合材料复杂构件的增材制造方法，包括如下步骤：
4、1)采用三维建模软件对零件进行设计，将零件的实体造型转化成易于对其进行分层处理的stl格式，对stl格式的模型进行切片，得到每一切层的几何信息；
5、2)将碳纤维布用胶黏剂进行预浸渍得预浸带，其中，胶黏剂包括树脂和固化剂；
6、3)将碳化硅粉、粘结剂、分散剂、溶剂混合得浆料，再加入一定含量短切碳纤维，混合均匀；得短切纤维浆料；
7、4)预浸带先输送至增材制造设备的工作平台上部，工作平台向上运动贴合待切割加工的预浸带部位，然后根据确定的该切层高度对应的几何信息对预浸带进行切割，然后利用热压辊进行热压处理；
8、5)将所得短切纤维浆料放入挤出管内，然后通入气体，将短切纤维浆料挤出至切割的预浸带区域内，完成单层成型；
9、6)工作平台向下降一个切层层厚，重复步骤4)～5)所述步骤至打印停止，得纤维预制件；
10、7)向所得纤维预制件中引入硅源并进行致密化，得所述多取向纤维增强sic复合材料构件。
11、上述方案中，步骤5)中，单位面积切割的预浸带区域内中短切纤维浆料的挤出量为1～1.5ml/cm2。
12、上述方案中，所述致密化步骤可采用热压烧结工艺、化学气相渗透工艺或前驱体渗透-热解工艺等，也可综合利用多种工艺；其中热压烧结工艺采用硅烷为硅源，浸渍引入纤维预制件中；化学气相渗透工艺采用气相硅源，渗透至纤维预制件中；前驱体渗透-热解工艺采用含硅的有机聚合物为硅源，浸渍引入纤维预制件中。
13、上述方案中，所述三维建模软件可采用solidworks、ug、pro/e等。
14、上述方案中，所述几何信息包括每一切层的内、外轮廓线等。
15、上述方案中，所述碳纤维布为双向碳纤维布，其碳纤维规格为1～3k。
16、进一步地，所述碳纤维布可以为聚丙烯基、黏胶基或沥青基碳纤维布等。
17、上述方案中，所述胶黏剂中树脂和固化剂的质量比为(4～5):1。
18、进一步地，所述树脂为环氧树脂或酚醛树脂。
19、进一步地，所述固化剂可选用三乙烯四胺或四乙烯五胺等。
20、上述方案中，所述所述浆料中，碳化硅粉、pva水溶液、聚丙烯酸铵、甘油的质量比为(18～19):6:(1～1.2):1。
21、上述方案中，所述短切纤维浆料中，短切纤维的浓度为5～10wt％。
22、上述方案中，所述短切纤维的长度为1～3mm，直径为5～8μm。
23、进一步地，所述pva水溶液中聚乙烯醇的浓度为80～90wt％。
24、进一步地，所述聚乙烯醇的分子量为1700～1800。
25、上述方案中，所述热压辊步骤采用的温度为280～340℃，时间为5～8s。
26、上述方案中，所述热压烧结工艺具体包括：采用硅烷为硅源，将其配制成浸渍液，浸渍引入纤维预制件中；然后先对所得纤维预制件进行高温去胶，主要用于去除纤维预制件中的粘结剂，使基体颗粒重新分布；压力和高温条件下进行烧结，经过高温和外压作用下的粘性流动等过程，最终获得致密化的连续碳纤维增强sic复合材料构件。
27、进一步地，所述硅烷可选用硅酸乙酯等，其浸渍液的浓度为4～5％。
28、进一步地，所述高温去胶采用的温度为800～850℃，保温时间为120～160min。
29、上述方案中，所述烧结步骤采用的温度为1600～1650℃，压力为20～25mpa，保温时间为120～150min。
30、上述方案中，所述化学气相渗透工艺具体包括：将纤维预制体置于密闭的反应室内，采用气相渗透的方法，引入气相硅源和还原气体，在加热的纤维预制体表面沉积生成陶瓷相，从而形成致密的连续碳纤维增强sic复合材料构件。
31、上述方案中，所述气相硅源可选用三氯甲基硅烷或四甲基硅烷；还原气体为氢气。
32、进一步地，所述气相硅源与还原气体的物质的量比为10～20:1。
33、进一步地，所述气相硅源和还原气体的总流量为440～450g/h。
34、上述方案中，所述加热的纤维预制体的温度为1100～1250℃。
35、上述方案中，所述沉积时间为3～4h。
36、上述方案中，所述前驱体渗透-热解工艺具体包括：用含硅的有机聚合物先驱体溶液或熔液浸渍所得纤维预制件，然后在惰性气氛中进行交联固化成型，再进行高温裂解转化为无机的陶瓷基体，重复浸渍、热解过程数次，即得到相对致密的连续碳纤维增强sic复合材料构件。
37、上述方案中，所述含硅的有机聚合物可选用聚碳硅烷、聚甲基硅烷、聚硅氧烷、聚硼氮烷等中的一种以上。
38、上述方案中，所述惰性气体为氩气等。
39、上述方案中，所述浸渍时间为30～60min。
40、上述方案中，所述交联固化成型采用的温度为150～200℃，时间为6～8h。
41、上述方案中，所述高温本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多取向纤维增强SiC复合材料复杂构件的增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述几何信息包括每一切层的内、外轮廓线。
3.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述胶黏剂包括树脂和固化剂。
4.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述碳纤维布为双向碳纤维布。
5.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述浆料中，碳化硅粉、PVA水溶液、聚丙烯酸铵、甘油的质量比为(18～19):6:(1～1.2):1。
6.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述短切纤维浆料中，短切纤维的浓度为5～10wt％。
7.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，步骤5)中，单位面积切割的预浸带区域内中短切纤维浆料的挤出量为1～1.5ml/cm2。
8.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述热压辊步骤采用的温度为280～340℃，时间为5～8s。
9.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，
10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备的多取向纤维增强SiC复合材料复杂构件。
...【技术特征摘要】
1.一种多取向纤维增强sic复合材料复杂构件的增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述几何信息包括每一切层的内、外轮廓线。
3.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述胶黏剂包括树脂和固化剂。
4.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述碳纤维布为双向碳纤维布。
5.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述浆料中，碳化硅粉、pva水溶液、聚丙烯酸铵、甘油的质量比为(18～19):6:(1～1.2):1。
6.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述短切纤维浆料中，短切纤维的浓度为5～10wt％。
7.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，马楚楚，胡昭，杨爽，孙华君，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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