[发明专利]一种陶瓷基复合材料混合器预制体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种陶瓷基复合材料混合器预制体及其制备方法，其方法包括以下步骤：按照混合器模具的型面特征，将纤维布铺在波谷位置，裁剪，制得第一层的一个波谷结构层单元，重复铺层和裁剪，完成周向所有波谷结构层单元的铺层和裁剪，缝合，制得预制体的第一层纤维布；在第一层纤维布上，将纤维布铺在波峰位置，裁剪，制得第二层的一个波峰结构层单元，重复铺层和裁剪，完成周向所有波峰结构层单元的铺层和裁剪，缝合，制得预制体的第二层纤维布；重复操作，制得陶瓷基复合材料混合器预制体。该方法保证了预制体厚度的均匀性，解决了铺层过程中纤维布随形难等问题，该预制体贴模率为90‑97％，预制体厚度差异小于0.15mm。

技术领域

本发明涉及混合器预制体制备技术领域，具体涉及一种陶瓷基复合材料混合器预制体及其制备方法。

背景技术

混合器是一种在发动机内外涵气流之间的较为复杂的三维结构环形筒体构件，其结构一般具有多波瓣的复杂曲面特征，随着高性能发动机技术的发展，发动机总体设计对混合器构件的重量、使用温度和结构刚度等提出了更高的需求。目前，混合器所采用的铁基、镍基或钛基合金材料已经难以满足先进发动机安全可靠工作所必需的结构减重和降噪需求，陶瓷基复合材料作为一种具有低密度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、高韧性和高刚度等各种材料优点的热结构功能一体化材料，被国际公认为是发展先进发动机高温部件最具潜力的材料之一，其综合性能指标能够很好地满足高性能混合器构件的使用要求。

采用陶瓷基复合材料制备混合器构件时，第一个工艺流程就是预制体的制备，而制备纤维预制体的第一步是二维纤维布的铺层、定型，以波瓣式混合器为例，构件沿轴线呈轴对称式结构，前部为圆柱形结构，尾部为花瓣形结构，中间段为圆柱形结构向花瓣形结构的型面过渡段，而在用二维纤维布对构件的型面过渡段，尤其是尾部花瓣形结构进行铺层时，就会出现纤维布铺层难、裁口预置难、随形难和无法保证预制体厚度均匀性等问题，从而影响后续预制体的定型、致密化，以及构件的结构可靠性和使用寿命。因此，需要解决陶瓷基复合材料混合器预制体的二维铺层问题，保证混合器构件的工艺可达性和结构可靠性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种陶瓷基复合材料混合器预制体及其制备方法，以解决现有技术在制备波瓣式混合器预制体时，纤维布铺层难、裁口预置难、随形难和无法保证预制体厚度均匀性的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种陶瓷基复合材料混合器预制体的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照混合器模具的型面特征，将纤维布铺在波谷位置，沿相邻两侧波峰子午线进行裁剪，制得第一层的一个波谷结构层单元，重复铺层和裁剪，完成周向所有波谷结构层单元的铺层和裁剪，缝合，制得预制体的第一层纤维布；

(2)按照混合器模具的型面特征，在步骤(1)制得的第一层纤维布上，将纤维布铺在波峰位置，沿相邻两侧波谷子午线进行裁剪，制得第二层的一个波峰结构层单元，重复铺层和裁剪，完成周向所有波峰结构层单元的铺层和裁剪，缝合，制得预制体的第二层纤维布；

(3)重复步骤(1)-(2)，直至达到所需预制体厚度，沿厚度方向缝合，制得陶瓷基复合材料混合器预制体。

本发明的有益效果为：本发明提出了波瓣结构层单元的概念，将每层纤维布按不同的方式分解为相应数量的波瓣结构层单元，也就是波谷结构层单元和波峰结构层单元，这样就可以避免采用整片纤维布进行铺层时所产生的纤维布随形难、裁口多以及连续纤维较少等问题；同时，采用单层式交错铺层方法，即沿径向相邻两层纤维布交错式排布裁口的方法，如第一层纤维布的预置裁口在混合器尾部的波峰位置，那么第二层纤维布的预置裁口则在波谷位置，依次交替铺层，这样可以有效解决预制体厚度的均匀性，进而对预制体在后续致密化过程中致密均匀性有很大提升。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，步骤(1)和步骤(2)进行的顺序可以互换。