[发明专利]一种陶瓷基复合材料螺钉及其制备方法

说明书

本发明公开一种陶瓷基复合材料螺钉及其制备方法，该方法包括碳纤维布预处理、碳纤维布叠层针刺穿刺缝合、碳纤维布预制件初致密化、机械加工和致密化等五个步骤。与现有技术相比，本发明提供的陶瓷基复合材料螺钉密度为1.60～1.70g/cm³，室温拉伸断裂强度为152～175MPa，室温剪切强度为66～81MPa，1000℃氧化1h后的拉伸断裂强度为81～96MPa，室温剪切强度为41～60MPa；本发明提供的制备方法工艺成熟、生产效率高、制备成本显著降低、操作简单，有望在工业领域成为大规模生产制备陶瓷基复合材料螺钉的有效方法，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料螺钉的制备技术领域，尤其是一种陶瓷基复合材料螺钉及其制备方法。

背景技术

随着高温领域技术的发展，人们对用于制备高温器件的材料提出了更高的性能要求。陶瓷基复合材料具有耐高温、高比强等优良性能，在高温领域已经得到了广泛应用。而大型的陶瓷基复合材料高温器件往往难以整体成型，需要螺钉等连接件将单独制备的部件机械连接成一整体。

传统的金属螺钉虽然易加工成型，但其比强度低且不耐高温，石墨、C/C复合材料制备的螺钉高温下易氧化且强度不够，均不适用于高温器件的连接。而陶瓷基复合材料螺钉由于其优良的性能更适用于高温领域。陶瓷基复合材料具有一定的脆性和较大的硬度，若采用传统的车削、板牙、搓丝机等加工方式，易出现脆断、崩牙等现象，需要另外研究适用的加工技术。

目前C/SiC材料在螺钉制备中使用较为广泛，虽然现有技术较大程度改善了螺钉崩牙现象，减小了螺纹加工难度，但是生产过程繁琐、生产周期较长，且C/SiC制备时所使用的先驱体聚碳硅烷生产过程复杂、价格昂贵。

发明内容

本发明提供一种陶瓷基复合材料螺钉及其制备方法，用于克服现有技术中陶瓷基复合材料螺钉生产周期较长，且C/SiC制备时所使用的先驱体聚碳硅烷生产过程复杂、价格昂贵等缺陷，实现成本低廉、生产过程简单且生产周期短的陶瓷基复合材料螺钉制备。

为实现上述目的，本发明提出一种陶瓷基复合材料螺钉制备方法，包括以下步骤：

(1)以碳纤维布为增强体，对碳纤维布进行真空预处理；

(2)将预处理后的碳纤维布叠层至若干层，采用针刺穿刺缝合，得到碳纤维预制件；

(3)以聚氧硅烷为先驱体，将碳纤维预制件真空浸渍和惰性气氛裂解，得到初坯；

(4)将初坯加工成螺钉半成品；

(5)将螺钉半成品再经过数次真空浸渍和惰性气氛裂解处理，最终得到成品螺钉。

为实现上述目的，本发明还提出一种陶瓷基复合材料螺钉，所述陶瓷基复合材料螺钉的密度为1.60～1.70g/cm³，室温拉伸断裂强度为152～175MPa，室温剪切强度为66～81MPa，1000℃氧化1h后的拉伸断裂强度为81～96MPa，室温剪切强度为41～60MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明提供的陶瓷基复合材料螺钉制备方法，采用先驱体溶液浸渍裂解-机械加工-再次先驱体溶液浸渍裂解的工艺制备C/SiOC陶瓷基复合材料，该过程中使用的先驱体溶液容易合成与收集、成本低(聚氧硅烷的价格为常用的聚碳硅烷价格的5％左右)；同时，本方法需要的仪器只有浸渍罐和高温裂解炉，制备工艺过程简单、设备成本低；将初坯加工为圆棒，降低了加工难度，提高了加工效率，而后进一步进行螺纹的加工再致密化，保证了螺纹质量的同时使加工效率最大化；此外，该方法的整个制备周期不超过20天，制备周期缩短；采用本方法制备得到的产品性能优异，无脆断、崩牙等现象。