[发明专利]复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料及其制造方法

权利要求书

1.一种复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料，其特征是：采用如下方法制成：由纤维束筋与纤维编织或者针刺成预制体或者单独使用纤维束筋编织成预制体，预制体的编织时使纤维束筋的至少其中的一端处在便于切削和预应力释放的位置，通过化学气相浸渗法，制成陶瓷基复合材料粗胚，或采用先驱体转化工艺、热压烧结工艺、化学气相浸渗法，或者这三种工艺联合使用，然后通过对陶瓷基复合材料粗胚进行磨削或者钻孔的方法，解除纤维束筋自身的端部锚固，纤维束筋与基体的界面粘结作用给陶瓷基体施加预压应力；随后进行1500℃～1600℃负压高温熔融浸硅填充外管与芯棒的间隙，或者采用可碳化的热固性树脂填充外管与芯棒的间隙，使芯棒参与受力，最后制成成品；或者将芯棒取出，再采用化学气相沉积法或者负压高温熔融浸硅堵孔，然后成型。

2.制造权利要求1所述的复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料的方法，其特征是：将纤维束筋与纤维编织或者针刺成预制体或者单独使用纤维束筋编织成预制体，预制体的编织时使纤维束筋的至少其中的一端处在便于切削和预应力释放的位置，纤维束筋的体积分数在复合材料的所需预应力计算定出，纤维束筋的体积分数范围在3～60％，将上述预制体放入化学气相浸渗/沉积炉中，制造SiC基复合材料，沉积温度为1000℃～1100℃，真空度保持在50～500Pa，原料气体的气体流量为180～220L/min，保护气体采用Ar气，流量取180～220L/min，第一次沉积时间为8～12天，达到时间取出并打磨构件表面，打开其孔隙继续第二次沉积，8～12天后取出，完成陶瓷基复合材料粗胚制造工序；然后对陶瓷基复合材料粗胚进行预应力释放式加工工序，如果芯棒不需取出，这一工序可以从第一次沉积完后开始，完成预应力释放式加工工序后对按理论所需Si量的1.2～1.5倍添加Si微粉，其粉粒度为10～100μm，将Si粉与陶瓷基复合材料粗胚置于石墨坩埚内使磨削线面与Si接触，在充入Ar气的0～500Pa的微正压条件下将石墨坩埚置于温度为1500℃～1600℃负压高温炉内进行熔融浸硅进行填充纤维束筋的外管3和芯棒4的间隙，保温1.5～2.5小时，或者在纤维束筋的外管3和芯棒4的间隙加入碳的前驱体物质高温裂解填充间隙，或者将芯棒取出，再采用化学气相沉积法或者负压高温熔融浸硅堵孔，随后将得到C/SiC复合材料进行机械加工，最后得到成品。

3.根据权利要求2所述的制造复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料的方法，其特征是：对于以SiC为基体CVI用的原料气体为CH₃SiCl₃+H₂，对于以BN为基体CVI用的原料气体BCl/BF+NH₃+H₂，以Al₂O₃为基体CVI用的原料气体AlCl₄+CO₂+H₂，以TiB₂为基体CVI用的原料气体TiCl₄+BCl₃+H₂。

4.根据权利要求2或3所述的制造复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料的方法，其特征是：所述的预应力释放式加工工序是指沿陶瓷基复合材料粗胚的磨削线进行磨削，磨除纤维束筋的切削区，释放纤维束筋的预应力，或对陶瓷基复合材料粗胚采取钻孔法释放预应力。