[发明专利]一种碳/碳喉衬的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳/碳喉衬的制备方法。本发明的制备方法，在碳纤维预制件主体结构的基础上，引入了内、外功能层。内、外功能层由碳毡制成，密度低，孔隙大，能够增加气体、液体分子的通过性，引导CVD过程中碳源气体更容易进入预制件内部，使气体分子从预制体表面渗透进入内部的过程中逐步分解形成合适的气体组分比例，为生成粗糙层热解炭创造有利条件。另外，功能层可以使后续的浸渍过程中树脂更容易浸入坯体的孔隙中，提高坯料密度。本发明在CVD沉积阶段有目的控制碳源气种类的使用先后顺序及与之相匹配的工艺参数，使得制备的CVD坯料中热解炭的结构均为粗糙层，能够有效提高产品内外的密度均匀性，提高材料的各项性能指标。

技术领域

本发明涉及一种碳/碳喉衬的制备方法，属于碳/碳复合材料制备技术领域。

背景技术

喉衬是固体火箭发动机SRM喷管的关键部件，在SRM工作时，喉衬要承受高温气体的超音速冲刷和化学腐蚀，其工作环境极其恶劣。喉衬附近的对流换热强度是整个发动机喷管结构中最剧烈的，一旦热应力超过强度极限，将导致喉衬破碎飞出，轻则损伤火箭发动机，重则导致发射事故。因此高密度高性能的喉衬对喷管及SRM的质量尤为重要。

碳/碳复合材料具有强度高、高温强度稳定、抗热冲击性能好、耐烧蚀性好、耐固体微粒的燃气冲刷、热膨胀系数小等系列优点，常用于耐高温烧蚀材料、高温结构材料，在航空、航天领域具有良好的应用前景，当前被广泛应用于SRM的喷管喉衬。

中国专利公开号为CN109291544A的专利公布了一种碳/碳复合材料厚板的预制体结构和厚板制备方法，制得的厚板产品厚度只有20～40mm。中国专利公开号为CN113024269A的专利公布了一种碳/碳高性能超大超厚碳/碳复合材料的制备方法，得到了产品尺寸为(1000×300×150mm、密度1.85g/cm³的碳/碳复合材料。其坯体形状为长方体，加工成最终的喉衬产品后，密度将会有所降低。

因此，如何提供一种接近产品实际使用形状，高密度、性能优异的碳/碳喉衬坯料，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种大厚度、高密度、高性能碳/碳喉衬坯料的制备方法。该方法采用化学气相沉积加液相浸渍的方式提高坯料密度，适用于大批量工业化生产。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明一种碳/碳喉衬的制备方法，包括如下步骤：

步骤一碳纤维预制体的制备

所述碳纤维预制件由主体结构，内功能层、外功能组成，主体结构为碳纤维穿刺件，其形状为中空圆柱体，所述内功能层设置于中空圆柱体的内侧面，所述外功能层设置于中空圆柱体的外侧面，所述主体结构的内径小于碳/碳喉衬成品的内径，主体结构的外径大于碳/碳喉衬成品的外径；所述碳纤维预制件的制备过程为：于主体结构的内侧面以及外侧面均环绕包覆一层碳毡，并通过碳纤维内外贯穿复合分别形成内功能层与外功能层；

步骤二石墨化处理

将步骤一制备的碳纤维预制件进行石墨化处理；获得石墨化处理的碳纤维预制件；

步骤三化学气相沉积增密

将步骤二中经石墨化处理的碳纤维预制件先后进行第一阶段化学气相沉积、机加工、第二阶段化学气相沉积、机加工，获得碳碳近净坯料；所述第一阶段化学气相沉积所用碳源气体A为丙烯；所述第二阶段化学气相沉积所用碳源气体B为丙烯、丙烷中的至少一种与天然气的混合气体；

步骤四树脂增密

将步骤三所得碳碳近净坯料进行树脂浸渍增密至致密，机加工处理，获得碳/碳喉衬成品。