[发明专利]一种基于CVD/CVI双工艺的纤维增强复合材料沉积炉

说明书

本发明涉及一种基于CVD/CVI双工艺的纤维增强复合材料沉积炉，属于复合材料制备设备技术领域。炉体包括上方炉膛与下方炉膛，上方炉膛可实现CVD工艺沉积过程，下方炉膛可实现CVI工艺沉积过程。在多孔纤维预制体的沉积初期，通过控制样品底部温度远高于顶部温度，采用CVI工艺，使进气从下方炉膛流出，优先沉积样品下部。当下部沉积增密结束后，逐步减小垂直管路的通气量，转为CVD工艺，通过原料气扩散进入导流板和样品，进而完成对样品上部分的沉积过程。通过不同炉膛加热器温度的控制，以及不同流向气流分布比例，实现对样品沉积速度与沉积位置的控制。

技术领域

本发明涉及一种基于CVD/CVI双工艺的纤维增强复合材料沉积炉，属于复合材料制备技术领域。

背景技术

纤维增强复合材料如C/SiC、SiC/SiC陶瓷基复合材料和C/C复合材料由于其耐高温、高比强度、高比模量、高热导率等一系列优良的材料特性，是一种优质的轻质、耐高温结构材料，在航空发动机热端部件、空天飞行器的热防护系统等高温热结构部件上拥有巨大的应用潜力。此类纤维增强复合材料制造方法有聚合物浸渍裂解法、反应熔渗法、化学气相渗透法(以下简称CVI)以及以上方法的综合应用等。其中化学气相渗透法通过原料气缓慢通过多孔纤维预制体并反应生成沉积物，具有反应温度低、对纤维损伤小、对异型构件具有较强的可设计性和可制造性等优点，因此是此类纤维增强复合材料制备常用的方法。但是化学气相渗透法仍面临制备周期长、纤维预制体表面封闭气流通道堵塞而导致构件增密不均匀和反复表面加工等问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于CVD/CVI双工艺的纤维增强复合材料沉积炉，对已有的化学气相渗透法进行改进，根据化学气相沉积反应中气流与温度对沉积过程的影响以及多孔体沉积过程中的问题，通过引入化学气相沉积法，将两者相结合起来对现有化学气相渗透法进行改良，以提高多孔纤维预制体化学气相反应增密过程的可控性。

本发明提出的基于CVD/CVI双工艺的纤维增强复合材料沉积炉，包括下方炉膛、上方炉膛和样品工装，样品工装置于下方炉膛的顶端，下方炉膛的顶部通过样品工装与上方炉膛相连通；所述的下方炉膛和上方炉膛的炉体分别由保温材料、炉膛内胆、加热器和密封法兰组成，加热器置于保温材料与炉膛内胆之间；所述的上方炉膛的一端通过密封法兰设置有原料气进口管路，原料气进口管路上设置有进流量控制阀门，原料气进口管路与沉积炉外的原料气源相连接，上方炉膛的另一端通过密封法兰设置有上方炉膛尾气管路，上方炉膛尾气管路与沉积炉外的真空装置及尾气处理装置相连接，上方炉膛尾气管路上设置有上方炉膛尾气节流阀门；所述的下方炉膛的顶部通过样品工装与上方炉膛相连通，下方炉膛的底部通过密封法兰设置有下方炉膛尾气管路，下方炉膛尾气管路上设有下方炉膛尾气节流阀门，下方炉膛尾气管路与沉积炉外的真空装置及尾气处理装置相连接；所述的样品工装由纤维预制体、石墨夹具及导流板组成，石墨夹具将纤维预制体固定在下方炉膛的中央位置，导流板设置在石墨夹具的上部，导流板上开有导流孔。

本发明提出的基于CVD/CVI双工艺的纤维增强复合材料沉积炉，其特点和优点是：

本发明的用于基于CVD/CVI双工艺的纤维增强复合材料沉积炉，其中的上方炉膛为化学气相沉积(CVD)工艺沉积过程，下方炉膛为化学气相渗透(CVI)工艺沉积过程。在纤维预制体的沉积初期，通过控制样品底部温度远高于顶部温度，采用CVI工艺，使进气从下方炉膛流出，优先沉积样品下部。当下部沉积增密结束后，逐步减小垂直管路的通气量，转为CVD工艺，通过原料气扩散进入导流板和样品，进而完成对样品上部分的沉积过程。通过不同炉膛加热器温度的控制，以及不同流向气流分布比例，实现对样品沉积速度与沉积位置的控制。本发明沉积炉中导流板的设计改善了原料气进入纤维预制体的分布，从而提高沉积的均匀性。沉积炉的炉体结构有效提高了多孔纤维预制体沉积增密过程的可控性，减少复合材料制备过程中因表面气流通道封闭而造成的样品表面加工的工序，大大缩短了部件制备周期。

附图说明