[发明专利]一种纤维增强陶瓷基复合材料螺栓及其制备方法

权利要求书

1.一种纤维增强陶瓷基复合材料螺栓，其特征在于：所述螺栓由头部和螺杆组成，所述头部设有凹槽，凹槽设有内螺纹，螺杆设有外螺纹，头部与螺杆通过螺纹连接，所述螺杆长度大于头部凹槽深度；所述头部和螺杆之间螺纹缝隙内填充有陶瓷基体；

制备方法包括如下步骤：

（1）制备预制体：将连续碳纤维或碳化硅纤维制备成与设计尺寸形状一致、尺寸富有余量的头部纤维预制体和螺杆纤维预制体；

（2）制备界面层：将步骤（1）所得的纤维预制体采用模具固定，经CVI沉积热解炭界面层；

（3）浸渍-固化-裂解：将步骤（2）所得的预制体坯体使用模具固定，重复浸渍-固化-裂解2-4次；所述裂解包括低温裂解和/或高温裂解，所述低温裂解的裂解温度为950℃-1300℃，高温裂解的裂解温度为1300-1500℃，获得密度为1.45-1.55g/cm³的头部和螺杆；

（4）机械加工：将步骤（3）所得头部按照设计尺寸加工凹槽，并在凹槽内加工内螺纹，按照设计尺寸对螺杆加工外螺纹，所述外螺纹与头部凹槽的内螺纹螺纹配合；

（5）安装：将螺杆的外螺纹与头部凹槽的内螺纹螺纹连接，采用模具固定，保证头部与螺杆同轴配合；

（6）重复浸渍-固化-裂解：将步骤（5）所得制品连带模具重复浸渍-固化-低温裂解2-4次，再重复浸渍-固化-高温裂解1-2次，所述低温裂解为裂解温度950-1300℃的低温裂解；所述高温裂解为裂解温度1300-1500℃的高温裂解；

（7）CVI技术增密SiC基体：将步骤（6）所得制品采用CVI技术制备SiC基体，封填螺纹配合处微小孔隙；

（8）CVD沉积SiC涂层：将第二部件伸出凹槽的外螺纹用碳纸包覆，然后放入化学气相沉积炉中，在步骤（7）所得制品表面化学气相沉积一层SiC涂层，然后拆除碳纸，即得到纤维增强陶瓷基复合材料螺杆。

2.一种制备如权利要求1所述纤维增强陶瓷基复合材料螺栓的方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）制备预制体：将连续碳纤维或碳化硅纤维制备成与设计尺寸形状一致、尺寸富有余量的头部纤维预制体和螺杆纤维预制体；

（2）制备界面层：将步骤（1）所得的纤维预制体采用模具固定，经CVI沉积热解炭界面层；

（3）浸渍-固化-裂解：将步骤（2）所得的预制体坯体使用模具固定，重复浸渍-固化-裂解2-4次；所述裂解包括低温裂解和/或高温裂解，所述低温裂解的裂解温度为950℃-1300℃，高温裂解的裂解温度为1300-1500℃，获得密度为1.45-1.55g/cm³的头部和螺杆；

（4）机械加工：将步骤（3）所得头部按照设计尺寸加工凹槽，并在凹槽内加工内螺纹，按照设计尺寸对螺杆加工外螺纹，所述外螺纹与头部凹槽的内螺纹螺纹配合；

（5）安装：将螺杆的外螺纹与头部凹槽的内螺纹螺纹连接，采用模具固定，保证头部与螺杆同轴配合；

（6）重复浸渍-固化-裂解：将步骤（5）所得制品连带模具重复浸渍-固化-低温裂解2-4次，再重复浸渍-固化-高温裂解1-2次，所述低温裂解为裂解温度950-1300℃的低温裂解；所述高温裂解为裂解温度1300-1500℃的高温裂解；

（7）CVI技术增密SiC基体：将步骤（6）所得制品采用CVI技术制备SiC基体，封填螺纹配合处微小孔隙；

（8）CVD沉积SiC涂层：将第二部件伸出凹槽的外螺纹用碳纸包覆，然后放入化学气相沉积炉中，在步骤（7）所得制品表面化学气相沉积一层SiC涂层，然后拆除碳纸，即得到纤维增强陶瓷基复合材料螺杆。

3.根据权利要求2所述的制备纤维增强陶瓷基复合材料螺栓的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述纤维为碳纤维或碳化硅纤维；所述纤维预制体为通过1-12K纤维以2.5D针刺、2.5D穿刺的成型方式制备而成，纤维预制体的密度为0.4-0.6g/cm³。