[发明专利]一种连续纤维增强陶瓷基复合材料无伤制孔方法

说明书

本发明是一种连续纤维增强陶瓷基复合材料无伤制孔方法，该方法通过纤维铺放模板设计与制备、连续纤维铺放、基体填充、无伤制孔等过程控制，实现在制孔的同时保持连续纤维增强陶瓷基复合材料结构完整性，与现有减材加工制孔方法相比，不会对连续纤维造成破坏损伤且避免了加工引起的其它缺陷损伤，能够使含孔结构的连续纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能提升10％～60％。

技术领域

本发明是一种连续纤维增强陶瓷基复合材料无伤制孔方法，属于陶瓷基复合材料的制备技术领域。

背景技术

连续纤维增强陶瓷基复合材料具有陶瓷材料耐高温、抗氧化、耐磨损、耐腐蚀等优点，同时因连续纤维的增强增韧作用而具有优异的抗外部冲击载荷性能。连续纤维增强陶瓷基复合材料凭借良好的高温稳定性和高温力学性能，在先进航空发动机热端部件、先进飞行器热防护系统等领域得到越来越广泛的应用。

连续纤维增强陶瓷基复合材料在实际应用中通常需要制孔，如用于连接的装配孔、用于冷却的气膜孔等。目前常用的制孔方式为采用减材加工方式在完整材料上制孔，如机械加工钻削制孔、激光制孔、水切割制孔、线切割制孔等，以上方式均会造成材料中的连续纤维受到破坏损伤，从而使材料力学性能降低，进而影响构件整体使用性能。如何实现制孔的同时保持连续纤维增强陶瓷基复合材料结构的完整性，是连续纤维增强陶瓷基复合材料应用领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种连续纤维增强陶瓷基复合材料无伤制孔方法，其目的是实现在制孔的同时不对连续纤维增强陶瓷基复合材料结构造成损伤，从而提升了含孔结构的连续纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能。

本发明的技术解决方案是：

该种连续纤维增强陶瓷基复合材料无伤制孔方法的步骤如下：

步骤一、依据孔的尺寸、形状及位置要求，进行纤维铺放模板的设计与制备，纤维铺放模板在需要制孔的相应位置设置预填物，预填物具有与孔对应的尺寸、形状、位置等特征；

步骤二、将连续纤维依照预设参数铺设于纤维铺放模板上，预设参数包含纤维走向、纤维体积分数、纤维预制体厚度，需要制孔的位置由预填物占据而被纤维绕过，得到连续纤维预制体；

步骤三、在连续纤维预制体的孔隙中填充陶瓷基体，完成连续纤维增强陶瓷基复合材料的致密化；

步骤四、将纤维铺放模板与预填物脱除，完成无伤制孔。

在一种实施中，所述纤维铺放模板具有与连续纤维增强陶瓷基复合材料构件结构特征相适应的型面，兼具为连续纤维增强陶瓷基复合材料定型的功能，纤维铺放模板以及预填物的形状、位置、尺寸在连续纤维铺放与基体填充过程中保持不变，纤维铺放模板以及预填物的理化性能稳定，材质选用石墨、陶瓷、高温合金、高聚物。

在一种实施中，所述纤维铺放模板对预填物的约束保证预填物在连续纤维铺放与陶瓷基体填充过程中的精准定位，约束方式可采用一体成型、榫接、粘接、焊接。

在一种实施中，所述孔的截面形状为圆孔和异型孔，孔径不小于0.1mm。

在一种实施中，所述连续纤维为碳纤维、碳化硅纤维、氮化物纤维或氧化物纤维。

在一种实施中，所述连续纤维铺设方式为铺丝、铺带、铺层、机织或手工编织，连续纤维预制体结构为单向带、2D铺层、2.5D织物或3D织物。

在一种实施中，所述陶瓷基体为碳化硅、氮化物陶瓷或氧化物陶瓷。

在一种实施中，所述纤维铺放模板与预填物从连续纤维增强陶瓷基复合材料的脱除方式为直接剥离、减材加工。

本发明具有的优点和有益效果是：