[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

说明书

本发明涉及一种纤维增强陶瓷基复合材料螺栓及其制备方法，（1）根据设计尺寸加工纤维预制体；（2）制备界面层；（3）重复2‑4次浸渍‑固化‑裂解；（4）按照设计尺寸机械加工螺栓头部和头部的凹槽和螺杆的外螺纹；（5）将螺杆与头部凹槽螺纹连接；（6）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；（7）采用CVI技术增密SiC基体；（8）采用CVD技术在制品表面沉积SiC涂层。本发明能够生产大尺寸螺栓，所生产的螺栓芯部较致密，芯部强度较高，机械强度和抗热震性能较好。

技术领域

本发明属于紧固件的技术领域，具体涉及一种纤维增强陶瓷基复合材料螺栓及其制备方法。

背景技术

连续纤维增强陶瓷基复合材料作为结构件具有低密度（约为钢的1/4）、高比强度、高比模量、高断裂韧性、耐高温、低热膨胀系数、抗热震、结构可设计性强等优点， 能够应用于航空航天较为苛刻的环境，可在1650℃左右下长时间使用，短时间使用温度可高达2000℃。

目前陶瓷基复合材料已用于制备螺柱、销钉、螺栓等连接构件，但连接件种类还是偏少，且现有技术只能制备小尺寸连接件。随着科学技术的发展，连接构件应用环境越来越复杂和苛刻，对连接件的需求逐渐偏向于尺寸范围较大、强度更高、性能更均匀、综合性能优异。

发明专利CN106565261A公开了一种先驱体浸渍裂解发制备SiC/SiC复合材料销钉的方法。该方法由1K SiC纤维束编织销钉纤维预制体，在预制体上通过化学气相沉积法沉积PyC/SiC复合界面层，然后采用液相SiC先驱体对预制体进行浸渍-固化-裂解步骤制备SiC基体，重复7-8次完成SiC/SiC复合材料销钉的制备。该方法所制备的销钉剪切强度高、连接紧固强度高，强度分散性小，可以实现净尺寸成型。但该方法预制体采用编织成型，制备的销钉直径只有3mm-4mm，直径尺寸范围较小。

发明专利CN107021770B公开了耐高温陶瓷基复合材料螺钉的制备方法。该方法采用纤维无纺布与网胎连续针刺成型、2.5D编织成型或纤维布叠层整体穿刺制备预制体，在纤维预制体中沉积热解炭后，将半成品预制体加工为连续螺钉，通过化学气相沉积工艺沉积SiC基体，再进行精加工到尺寸，然后以超高温陶瓷先驱体多次浸渍-裂解引入超高温陶瓷，再把连续螺钉加工为单个螺钉，在螺钉表面沉积SiC涂层，最后采用金刚石刀具加工螺纹获得螺钉产品。该方法引入超高温陶瓷，螺钉的耐温性提高到2000℃，提高了陶瓷基复合材料螺钉的力学性能和抗氧化性能，该方法将螺钉的制备方法与加工相结合，螺钉螺牙完整、精度高、成品率高。但该方法在CVD-SiC基体和PIP制备超高温基体，密度1.9g/cm³以上，然后表面CVD沉积SiC涂层，然后再给螺钉加工螺纹，由于材料硬度很大，仅次于金刚石，不仅增加金刚石刀具磨损，成本提高，而且螺牙很容易崩裂，产品不合格率提高。该方法所制备的螺钉产品直径只有4-15mm，不合适更大直径尺寸的连接件的制备。

现有制备技术对于较大尺寸连接件浸渗深度有限，且表层容易形成闭孔，导致制品芯部孔隙率较大，密度不均匀，芯部强度较低，因此不能满足较大尺寸连接件的制备要求。

发明内容

针对上述大尺寸连接件芯部较难致密，芯部强度较低，机械强度和抗热震性能较差的问题，本发明提供了一种纤维增强陶瓷基复合材料螺栓，以解决现有技术的难题。

本发明还提供了上述纤维增强陶瓷基复合材料螺栓的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纤维增强陶瓷基复合材料螺栓，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。

本发明提供了上述纤维增强陶瓷基复合材料螺栓的制备方法，其包括如下步骤：