[发明专利]均匀承载的陶瓷基复合材料销钉制备方法

说明书

本发明公开了一种均匀承载的陶瓷基复合材料销钉制备方法，用于解决现有方法制备的复合材料销钉强度差的技术问题。技术方案是首先确定销钉预制体皮层和芯层纤维束数量，再根据皮层和芯层纤维束数量，调整皮层和芯层纤维锭个数，然后将纤维导入到编织机的纤维锭上，芯层纤维锭位置不变，皮层纤维锭围绕芯层纤维束交叉缠绕形成皮‑芯结构销钉预制体，在销钉预制体制备热解碳界面层。采用化学气相渗透工艺对销钉预制体进行致密化制备，对销钉毛坯进行加工，对加工后的销钉表面沉积防氧化涂层，完成销钉制备。本发明方法制备的皮‑芯结构销钉，制备过程简单，致密化程度高，室温剪切强度由背景技术的80～100MPa提高到130～230MPa。

技术领域

本发明涉及一种复合材料销钉制备方法，特别涉及一种均匀承载的陶瓷基复合材料销钉制备方法。

背景技术

陶瓷基复合材料在航空航天领域应用广泛，随着高性能可重复使用航空航天器的发展，大型复杂陶瓷基复合材料结构件成为未来高性能装备应用的主要形式，陶瓷基复合材料零部件的集成组装成为关键工序。

作为结构标准件，陶瓷基复合材料销钉通常采用C/SiC或SiC/SiC复合材料制备，主要功能是连接、固定、支撑和传递载荷。

参照图6。文献“申请公布号是CN 105835455 A的中国发明专利”公开了一种二维碳/硅-碳化硅复合材料销钉制备方法。该方法公开的销钉预制体是一种二维(2D)叠层碳纤维布，采用石墨平板将2D预制体夹持和定型，CVI工艺制备界面层，RMI工艺制备SiC陶瓷基体；加工时将毛坯材料切割成方形长条，然后磨圆成柱状，最后切割成销钉成品。所制备销钉材料的室温剪切强度为80～100MPa。该发明销钉预制体采用二维(2D)叠层预制体，从图6可以看出，文献方法制备的复合材料销钉具有典型的2D铺层纤维布结构。显然，当销钉截面所受剪载荷方向与其碳纤维布铺层的夹角发生变化，该销钉的承载能力将随之改变，这也是现有销钉在工程应用中强度分散性大的原因。研究数据表明，剪切载荷方向与销钉铺层方向平行时的销钉强度(S_∥)，与剪切载荷和销钉铺层方向垂直时的销钉强度(S_⊥)差异很大，平均强度值偏差在1～1.5倍及以上。另外2D预制体中只有50％纤维(销钉轴向纤维)参与剪切载荷承载，因此销钉强度还有待提高。

发明内容

为了克服现有方法制备的复合材料销钉强度差的不足，本发明提供一种均匀承载的陶瓷基复合材料销钉制备方法。该方法首先确定销钉预制体皮层和芯层纤维束数量，再根据皮层和芯层纤维束数量，调整皮层和芯层纤维锭个数，然后将纤维导入到编织机的纤维锭上，芯层纤维锭位置不变，皮层纤维锭围绕芯层纤维束交叉缠绕形成皮-芯结构销钉预制体，在销钉预制体制备热解碳界面层。采用化学气相渗透工艺对销钉预制体进行致密化制备，对销钉毛坯进行加工，对加工后的销钉表面沉积防氧化涂层，完成销钉制备。本发明方法制备的“皮-芯”结构销钉，加工工序少，加工量小，加工时间短；制备过程无需复杂辅助工装、致密化周期短，致密化程度高，沉积时间短；室温剪切强度由背景技术的80～100MPa提高到130～230MPa；而且具有剪切性能各向同性设计，同批次销钉的剪切强度分散性小于5％。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种均匀承载的陶瓷基复合材料销钉制备方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、确定销钉直径，目的是确定皮层和芯层纤维束数量。当销钉直径≤3mm时，芯层纤维束数量与皮层纤维束数量之比为10～20；当销钉直径≥3mm时，芯层纤维束数量与皮层纤维束数量之比为5～10。

步骤二、根据皮层和芯层纤维束数量，调整皮层和芯层纤维锭个数，然后将纤维导入到编织机的纤维锭上，芯层纤维锭位置不变，皮层纤维锭围绕芯层纤维束交叉缠绕形成皮-芯结构销钉预制体。