[发明专利]一种C/SiC复合材料发动机喷管的快速制备方法在审

专利信息
申请号: 202011150119.9 申请日: 2020-10-23
公开(公告)号: CN112358298A 公开(公告)日: 2021-02-12
发明(设计)人: 马登浩;王昊;金恩泽;袁泽帅;孙新;李军平;张国兵;龚晓冬;房金铭;吴天昊 申请(专利权)人: 航天材料及工艺研究所
主分类号: C04B35/565 分类号: C04B35/565;C04B35/80;C04B35/64;F02K1/82;D06M10/06;D06M11/77;B28B21/42;B28B21/48;B28B21/92;B28B21/94;D06M101/40
代理公司: 中国航天科技专利中心 11009 代理人: 陈鹏
地址: 100076 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 sic 复合材料 发动机 喷管 快速 制备 方法
【说明书】:

发明提供了一种C/SiC复合材料发动机喷管的快速制备方法,属于陶瓷基复合材料技术领域,包括:碳纤维布热解碳界面层的制备,发动机喷管预制体的制备,基体致密化和喷管毛坯致密化。本发明采用铺层缝合工艺制备喷管预制体,采用高温模压成型裂解工艺及先驱体浸渍裂解工艺,结合仿形石墨芯模工装维形辅助,实现基体快速致密化,有效缩短制备周期,同时,余量加工位于致密化过程中,能够降低毛坯闭孔率,有助于提高毛坯致密程度,且加工后裸露的纤维在后续致密化过程得到一定程度的包裹,进而提高产品质量。本发明制备方法制得的喷管成型质量稳定,纤维密度可控,且制备过程对设备和控制技术要求低,成本不高,利于推广和规模化产生。

技术领域

本发明涉及一种发动机喷管的制备方法,特别涉及一种薄壁C/SiC复合材料发动机喷管的快速制备方法,属于陶瓷基复合材料技术领域。

背景技术

喷管(包括收敛段、喉衬、扩散段)是发动机中的能量转换装置,它将壳体内燃烧产物的热能转化为高速射流的动能,经收敛扩散后以高温燃气喷出。喷管在工作中要承受复杂高温燃气流所施加的热、力作用以及喷管振动和摆动的机械载荷等,服役环境十分恶劣,是发动机研制中较复杂、故障最多的部件。如此严苛的服役环境要求喷管用材料具备较高的耐烧蚀、耐高压性能,以及抗冲刷和抗热震性能。除此之外,还应具备结构重量轻、可靠性高、加工性能好、成本经济等特点。

发动机喷管材料方案主要包括高温合金材料、钛合金材料、C/C复合材料、C/SiC复合材料等。高温合金材料虽然熔点高,但是密度较大,不利于实现减重目的。钛合金材料在高温环境下强度会降低,且易被氧化。C/C和C/SiC复合材料都具有高比强度、高比模量以及优异的抗热震性等特点。但是C/C复合材料不耐氧化、烧蚀量过大,C/SiC复合材料具有低密度,高强度、耐高温、抗烧蚀和抗冲刷等一系列优异性能,同时具有比C/C复合材料更好的抗氧化性能。

目前,C/SiC复合材料发动机喷管预制体制备主要包括缠绕成型和三维编织成型工艺。其中,三维编织方法自动化程度较低,生产效率低;三维编织方法中纤维缠绕不连续,缠绕张力不均匀,成型质量不稳定;纤维出现曲折,对于薄壁喷管不利于长时维持构件强度和密封性;预制体的碳纤维含量不易控制,无法通过张力调节控制纤维密度。缠绕成型方法适应性小,不能缠绕任意结构形式的制品,对于表面有凹形的制品,在缠绕时,纤维不能紧贴芯模表面而架空。另外,上述成型工艺对设备和控制技术要求高,成本较大。

SiC陶瓷基复合材料致密化工艺主要包括反应熔融浸渗(RMI)、化学气相渗透(CVI)、纳米浸渍与瞬时共晶相(NITE)、浆料浸渍热压(HP)及先驱体浸渍裂解(PIP)。其中,NITE、RMI和HP工艺需要高温环境,制备过程中会对纤维造成损伤,影响整体性能。CVI工艺可在低温低压条件下制备碳化硅基体,对纤维损伤较小,满足复杂形状构件近净尺寸成型,但该工艺制备周期长、制备成本高、不易制备厚度较厚的复合材料。传统PIP工艺对设备要求不高,较为简单,适合大型复杂形状构件近净成型制备,并且可以通过设计并调控有机前驱体分子结构实现特定组分的陶瓷基体制备,但由于陶瓷前驱体陶瓷产率较低,导致制备周期较长,基体纯度不高,降低了致密效率。

发明内容

为解决现有的喷管制备中存在生产效率低、成型质量不稳定以及纤维密度不可控、对设备和控制技术要求高、成本高的至少一个问题,本发明人进行了锐意研究,提供了一种C/SiC复合材料发动机喷管的快速制备方法,采用铺层缝合工艺制备喷管预制体,并采用高温模压成型裂解工艺及先驱体浸渍裂解工艺,实现基体快速致密,有效缩短制备周期。本发明制备方法制得的喷管成型质量稳定,纤维密度可控,且制备过程对设备和控制技术要求低,成本不高,从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下:

一种C/SiC复合材料发动机喷管的快速制备方法,包括如下步骤:

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