[发明专利]一种C/SiC复合材料发动机喷管的快速制备方法

权利要求书

1.一种C/SiC复合材料发动机喷管的快速制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，采用化学气相沉积工艺，以烃类气体作为碳源气体，以惰性气体或氮气作为稀释气体，将碳纤维布置于碳沉积炉中进行沉积，制备出含有热解碳界面层的碳纤维布，然后将含有热解碳界面层的碳纤维布进行石墨化处理；

步骤(2)，将碳化硅前驱体浆料均匀涂覆至步骤(1)得到的碳纤维布表面，结合仿形石墨芯模工装，采用铺层缝合工艺将碳纤维布紧贴仿形石墨芯模工装表面并围绕成型，制备出喷管预制体；

步骤(3)，采用高温模压成型裂解工艺对步骤(2)制备的喷管预制体进行致密化，制得C/SiC复合材料喷管毛坯；

步骤(4)，采用机械加工方法对步骤(3)中的喷管毛坯进行加工，去除加工余量，然后采用先驱体浸渍裂解工艺对加工后的喷管毛坯继续致密化，得到C/SiC复合材料发动机喷管。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述化学气相沉积工艺中，沉积压力为1～15KPa，沉积温度为800～1200℃，沉积时间为40～60小时；和/或

所述石墨化处理中，石墨化处理温度为1900～2200℃，石墨化处理时间为2～4小时。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含有热解碳界面层的碳纤维布上沉积的热解碳界面层的厚度为0.2～1.0μm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，采用铺层缝合工艺制备喷管预制体的具体步骤为：

(i)采用分瓣式仿形石墨芯模工装，在其表面涂覆脱模剂；将涂覆碳化硅前驱体浆料的含有热解碳界面层的碳纤维布紧贴石墨芯模工装表面并围绕成型，对接铺层边缝，完成喷管预制体第一层铺层；

(ii)后续同第一层铺层方法依次完成其他层铺层，铺层过程中每层碳纤维布的边缝依次错开，前后层碳纤维布的边缝间距大于10mm，并且层间贴合紧密，直至达到设计壁厚要求；

(iii)喷管预制体脱模，再将碳纤维预制体进行缝合处理，缝合线宽度及间距小于5mm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碳化硅前驱体浆料的组分包括固态聚碳硅烷、液态聚碳硅烷和SiC纳米颗粒，其中，液态聚碳硅烷与固态聚碳硅烷的质量比为0.5～2：1，SiC纳米颗粒占前驱体浆料总质量的0.5％～20％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述对步骤(2)制备的喷管预制体进行致密化的过程包括：在石墨芯模工装表面铺设石墨纸，再采用石墨芯模工装对喷管预制体夹持维型，然后将其整体放入热压炉中，在惰性气氛中进行高温裂解。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述高温模压成型裂解工艺中，裂解温度为1000℃～1800℃，压力为2～10MPa，时间为0.5～2小时。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，先驱体浸渍裂解工艺的步骤包括：对加工后的喷管毛坯进行压力浸渍，然后进行固化、裂解，最后循环上述浸渍裂解过程，直至满足密度达到1.8～2.2g/cm³。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，先驱体浸渍裂解工艺中，浸渍压力为1～10MPa，浸渍温度为50～100℃，浸渍时间为1～5小时；固化温度为150～550℃，固化时间1～15小时；裂解温度为900～1550℃，时间为1～5小时。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述压力浸渍用前驱体溶液包括固态聚碳硅烷和液态聚碳硅烷，固态聚碳硅烷与液态聚碳硅烷的质量比为0～1：1。