[发明专利]一种基于先驱体浸渍裂解工艺制备欧米茄形长桁的方法

说明书

发明提出了一种基于先驱体浸渍裂解工艺制备欧米茄形长桁的方法，针对先驱体浸渍裂解工艺及欧米茄形长桁的特点，设计了成型工装，通过等静压成形控制构件形面、通过浸渍流道设计、高温裂解均匀热传导控制实现了欧米茄形长桁的小批量精确制造。本发明创新性地通过等静压成形实现了陶瓷基复合材料复杂形面长桁构件模压应力的均匀传递，保证纤维预制体受力均匀，厚度可控，避免了因受压不均匀而造成的构件成形质量不高的问题；在致密化过程中确保欧米茄形长桁整体主要受热传导方式加热，保证在升温‑裂解过程中欧米茄形长桁的温度均匀性，避免因受热不均匀而导致欧米茄长桁构件的扭曲与变形，提高了构件的制备质量与精度。

技术领域

本发明属于连续纤维增强陶瓷基复合材料的制备技术，具体涉及一种基于先驱体浸渍裂解工艺制备欧米茄形长桁的方法。

背景技术

与传统高温合金相比，先驱体浸渍裂解工艺制备的纤维增强陶瓷基复合材料的密度仅为高温合金的1/3～1/4；工作温度可提高150℃以上，是国际公认的替代高温合金作为临近空间飞行器热防护系统的理想材料。

在飞行器总体结构中，长桁类结构件作为机身纵向承力构件，被广泛应用于机翼、机身等飞行器结构当中，是重要的构件之一，该类结构件受装配环境制约，外形大多扭曲复杂。与采用高温合金制备长桁包括的合金选材、冲压、铣削、制孔等工序不同，采用先驱体浸渍裂解工艺制备纤维增强陶瓷基复合材料长桁的工序主要包括纤维预制体的编织、成形、致密化等工序，复杂形面的长桁在成形过程中的均匀模压成形、均匀致密化和构件变形控制等是纤维增强陶瓷基复合材料复杂形面长桁构件的制备难点，需要针对先驱体浸渍裂解工艺的特点和长桁构件的特点设计连续纤维增强陶瓷基复合材料的成形与制备方法，使之满足装配环境约束的要求，目前没有针对先驱体浸渍裂解工艺制备临近空间飞行器高温热端部件用欧米茄形长桁的报道。

发明内容

本发明基于欧米茄形长桁构件的需求和先驱体浸渍裂解工艺的特点，创新性地提出了一种欧米茄形长桁的成型工装、成型方法与致密化方案。

本方明的技术方案如下：

一种基于先驱体浸渍裂解工艺制备欧米茄形长桁的方法，包括以下操作步骤：

(1)采用连续纤维束编织纤维预制体平板，制备纤维预制体；

(2)设计成型工装：依据欧米茄形长桁的外形尺寸设计成形制备工装，所述成型制备工装包括上模、芯模、定位销、浸渍流道、锁紧螺母和真空袋；

(3)欧米茄形长桁纤维预制体的等静压成型：将步骤(1)中得到的纤维预制体放入步骤(2)制得的成形制备工装的芯模中并放入真空袋中抽真空，而后一并放入气压釜中加压成形，得到欧米茄形长桁纤维预制体；

(4)界面层制备：将欧米茄形长桁纤维预制体放入化学气相沉积炉中制备界面层；

(5)陶瓷先驱体溶液浸渍：将沉积界面层的欧米茄形长桁纤维预制体放入成型制备工装中固定后置于真空浸渍设备中，用真空泵对真空浸渍设备抽真空，真空浸渍设备内腔压力100Pa时，将陶瓷先驱体溶液通过不锈钢管路引入真空浸渍设备内腔，最终使沉积界面层的欧米茄形长桁纤维预制体全部淹没于陶瓷先驱体溶液中，浸渍处理12-48h；

(6)高温裂解，将浸渍陶瓷先驱体溶液的欧米茄形长桁纤维预制体连同成型制备工装一并放入高温裂解炉中高温裂解；高温裂解环境为真空环境或气氛环境中的一种，升温至先驱体陶瓷化转变点温度后保温0.5-2h；