【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于陶瓷基复合材料制备，具体是一种陶瓷基复合材料变径轴预制体及制备方法。
技术介绍
1、陶瓷基复合材料因其优异的耐高温、耐磨损、抗腐蚀性能，以及优越的力学性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、化工等多个领域。此类材料的高强度和高耐热性使其在高温、高压和高速旋转等极端条件下表现出强大的优势。在众多的陶瓷基复合材料构件中，变径轴零件是一种非常重要的构件，其在各种复杂的产品中承担着至关重要的作用，比如在发动机、涡轮机等都有应用。
2、采用陶瓷基复合材料制备变径轴构件时，预制体的设计为陶瓷基复合材料构件制备过程中的第一步并不可逆，且其直接影响构件的最终力学性能。因此，在设计预制体及其定型过程中所需的工装时，需综合考虑设计结构、形状、尺寸、铺层方式、定型难易程度、预制体的损伤缺陷、预制体的预留加工量、材料和工装的热膨胀匹配问题和沉积效率等。传统变径轴构件的预制体定型过程中易形成裁剪口，致使构件产生裂纹等缺陷；后续加工过程中造成纤维断层等，连续纤维较少，从而降低构件的力学性能，且其制作效率低下，成本较高。
技术实现思路
1、为了克服陶瓷基复合材料变径轴预制体存在的纤维断层、成本高、力学性能差的不足，本专利技术公开了一种陶瓷基复合材料变径轴预制体及制备方法。
2、本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：
3、一种陶瓷基复合材料变径轴预制体制备方法，包括如下步骤：
4、步骤1，定型工装高温处理：定型工装初次使用前，对定型工装进行高温处理。
5、步骤2，定型工装组件组装：将支撑件填充到高温处理的定型工装内，使支撑件的外端面与定型工装的圆筒端端面平齐。采用定位件对第一定型工装、第二定型工装进行定位，确保第一定型工装、第二定型工装之间型面和端面接口处齐平，无台阶或缝隙。
6、步骤3，裁剪纤维布：按变径轴的结构形状，裁剪纤维布。裁剪时，留出预制体预留量、锁边预留量。
7、步骤4，纤维布铺层：将裁剪的纤维布在定型工装组件使用型面上铺层，纤维布铺层无空隙和/或凸起。按定位孔位置，对铺层的纤维布进行制孔，并采用定位件对纤维布铺层进行定位。
8、步骤5，铺层缝制：通过缝制槽，使用缝制钢针对定位的纤维布铺层进行缝制，缝制钢针垂直穿过纤维布铺层表面，缝制线连接头留在定型工装的非使用型面。检测缝制的纤维布铺层与定型工装组件使用型面的贴合程度，满足设计要求为合格。
9、步骤6，缝制铺锁边：对合格的缝制纤维布铺层实施锁边，锁边完成，得到定位在定型工装组件上的预制体。
10、上述的陶瓷基复合材料变径轴预制体制备方法，所述步骤3，裁剪纤维布，进一步包括：锁边预留量不小于10mm。所述步骤4，纤维布铺层，进一步包括：铺层厚度为预制体设计厚度的1.02～1.1倍。
11、上述的陶瓷基复合材料变径轴预制体制备方法，所述步骤5，铺层缝制，进一步包括：采用0.15mm塞尺检测缝制的纤维布铺层与定型工装组件使用型面的贴合程度，当缝制的纤维布铺层与定型工装组件使用型面的贴合间隙＜0.15mm时为合格。
12、上述的陶瓷基复合材料变径轴预制体制备方法，所述步骤6，缝制铺锁边，进一步包括：锁边时无脱针，针距≤3mm。
13、一种陶瓷基复合材料变径轴预制体，为空心等壁厚整体结构，横截面周长相等。包括两部分，一部分为圆筒，另一部分为椭圆筒，两部分圆滑过渡，纤维布叠层连续。椭圆筒部分的横截面为椭圆，自圆筒部分相连处至自由端，横截面椭圆的长轴位于同一平面内，横截面椭圆的短轴逐渐减小。所述预制体为锁边的纤维缝制纤维布叠层。
14、上述的陶瓷基复合材料变径轴预制体，为锁边的碳纤维缝制碳纤维布叠层，还可以为锁边的碳化硅纤维缝制碳化硅纤维布叠层。
15、上述的陶瓷基复合材料变径轴预制体，壁厚方向内外面均预留2mm预留量，长度方向预留10mm预留量。
16、一种陶瓷基复合材料变径轴预制体定型工装组件，包括定型工装、支撑件、定位件。
17、所述定型工装为等壁厚分体式结构，外表面与预制体的内表面相匹配，为定型工装组件的使用型面，内表面为定型工装组件的非使用型面。定型工装包括对称结构的第一定型工装、第二定型工装，第一定型工装、第二定型工装圴设置有数条缝制槽，缝制槽用于缝制纤维布叠层时缝制钢针穿过。
18、所述支撑件位于定型工装内，支撑件的外端面与定型工装圆筒端端面平齐。
19、第一定型工装、第二定型工装设置有相对应的定位孔，所述定位孔用于第一定型工装与第二定型工装的定位，使第一定型工装、第二定型工装之间型面和端面接口处齐平。
20、所述定位件与定位孔相匹配，可插入定位孔，用于定位第一定型工装与第二定型工装、定型工装与预制体的相对位置。
21、上述的陶瓷基复合材料变径轴预制体定型工装组件，所述定型工装，壁厚为6～12mm，定型工装材料为高强细料石墨，还可以为高纯石墨或电极石墨。
22、上述的陶瓷基复合材料变径轴预制体定型工装组件，每条缝制槽长度为80～110mm，宽度为1～3mm。
23、本专利技术的有益效果是：
24、一种陶瓷基复合材料变径轴预制体，两端周长相等，相较于存在周长不等的预制体，可避免纤维铺层过程中由于缠绕周长不等造成褶皱，从而产生裁剪口和后续加工过程纤维断层的风险，降低预制体制备过程存在的损伤缺陷，进而提高构件的力学性能。
25、一种陶瓷基复合材料变径轴预制体制备方法，制备所需的定型工装为组合式结构，这种设计方法不仅有利于其复杂型面的可加工性，并提高了运输和操作的便捷性，同时有效降低了制备成本。
26、一种陶瓷基复合材料变径轴预制体制备方法，采用缝制槽进行对穿缝制，相较于传统的缝制孔进行缝制而言，可有效提高构件的缝制面积和缝制效率；缝制槽的位置相对错开，可有效避免分层和因为其应力集中产生的断裂等情况，进而提高构件的力学性能。
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1.一种陶瓷基复合材料变径轴预制体制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料变径轴预制体制备方法，其特征在于，所述步骤3，裁剪纤维布，进一步包括：锁边预留量不小于10mm；所述步骤4，纤维布铺层，进一步包括：铺层厚度为预制体(2)设计厚度的1.02～1.1倍。
3.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料变径轴预制体制备方法，其特征在于，所述步骤5，铺层缝制，进一步包括：采用0.15mm塞尺检测缝制的纤维布铺层与定型工装组件使用型面的贴合程度，当缝制的纤维布铺层与定型工装组件使用型面的贴合间隙＜0.15mm时为合格，缝制钢针垂直穿过纤维布铺层表面，缝制线连接头留在定型工装的非使用型面。
4.根据权利要求3所述的陶瓷基复合材料变径轴预制体制备方法，其特征在于，所述步骤6，缝制铺层锁边，进一步包括：锁边时无脱针，针距≤3mm。
5.一种陶瓷基复合材料变径轴预制体，其特征在于，为空心等壁厚整体结构，横截面周长相等；包括两部分，一部分为圆筒，另一部分为椭圆筒，两部分圆滑过渡，纤维布叠层连续；椭圆筒部分的横截面为椭
6.根据权利要求5所述的陶瓷基复合材料变径轴预制体，其特征在于，所述锁边的纤维缝制纤维布叠层为锁边的碳纤维缝制预制体叠层。
7.根据权利要求5所述的陶瓷基复合材料变径轴预制体，其特征在于，壁厚方向内外面均预留2mm预留量，长度方向预留10mm预留量。
8.一种陶瓷基复合材料变径轴预制体定型工装组件，其特征在于，包括定型工装、
9.根据权利要求8所述的陶瓷基复合材料变径轴预制体定型工装组件，其特征在于，所述定型工装，壁厚为6～12mm，定型工装材料为高强细料石墨或高纯石墨或电极石墨。
10.根据权利要求9所述的陶瓷基复合材料变径轴预制体定型工装组件，其特征在于，每条缝制槽长度为80～110mm，宽度为1～3mm。
...【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基复合材料变径轴预制体制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料变径轴预制体制备方法，其特征在于，所述步骤3，裁剪纤维布，进一步包括：锁边预留量不小于10mm；所述步骤4，纤维布铺层，进一步包括：铺层厚度为预制体(2)设计厚度的1.02～1.1倍。
3.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料变径轴预制体制备方法，其特征在于，所述步骤5，铺层缝制，进一步包括：采用0.15mm塞尺检测缝制的纤维布铺层与定型工装组件使用型面的贴合程度，当缝制的纤维布铺层与定型工装组件使用型面的贴合间隙＜0.15mm时为合格，缝制钢针垂直穿过纤维布铺层表面，缝制线连接头留在定型工装的非使用型面。
4.根据权利要求3所述的陶瓷基复合材料变径轴预制体制备方法，其特征在于，所述步骤6，缝制铺层锁边，进一步包括：锁边时无脱针，针距≤3mm。
5.一种陶瓷基复合材料变径轴预制体，其特征在于，为空心等壁厚整体结构，横截面周长相等；包括两部...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈静，涂建勇，都嘉鑫，王柯荧，许建锋，王鹏，张建平，
申请(专利权)人：西安鑫垚陶瓷复合材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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