[发明专利]一种薄壁板类SiC/SiC复合材料构件的制备方法

说明书

本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种薄壁板类SiC/SiC复合材料构件的制备方法。该方法包括步骤：将多层SiC纤维机织布裁切后进行自动化缝合，获得2DSiC第一纤维预制体；对2DSiC纤维预制体分别进行热解碳界面相沉积、碳化硅界面相沉积，获得具有热解碳/碳化硅复相界面相的2DSiC第二纤维预制体；将2DSiC第二纤维预制体进行真空或加压浸渍，固化后进行热处理，获得多孔炭结构的SiC第三纤维预制体；采用MI工艺对SiC第三纤维预制体进行处理，获得熔渗工艺致密化的SiC/SiC复合材料；采用PIP工艺对SiC/SiC复合材料进行处理，获得SiC/SiC复合材料构件。该薄壁板类SiC/SiC复合材料构件的制备方法的目的是解决传统单一的SiC/SiC复合材料成型方法存在材料孔隙率高、制备周期长的问题。

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种薄壁板类SiC/SiC复合材料构件的制备方法。

背景技术

SiC/SiC复合材料具有轻质、耐高温、抗氧化、力学性能优异的特点，是替代金属和高温合金实现航空航天领域热端构件应用最理想的候选材料。传统制备SiC/SiC复合材料一般首先将SiC纤维通过2.5D或者3D编织工艺制备成SiC纤维预制件，进而通过聚合物先驱体浸渍裂解(PIP)工艺、化学气相沉积(CVI)工艺、熔融渗硅(MI)工艺实现SiC/SiC复合材料的成型。

PIP工艺制备温度低、纤维损伤小、陶瓷基体可设计性强、易于通过近净尺寸成型实现大型复杂构件的制造，其缺点在于制备过程基体收缩较大、材料孔隙率高、对材料蠕变性能有一定影响等。CVI工艺制备的材料纯度高、基体一般具有完整晶体结构，力学性能优异，缺点在于工艺复杂、制备周期长、成本较高。MI工艺制造成本低、周期短、材料气孔率低，是发展SiC/SiC复合材料低成本、工程化制造技术理想的选择，缺点在于液相渗硅反应温度高，对SiC纤维会产生一定损伤，同时难以通过对陶瓷基体组分设计调控材料环境稳定性。此外，对于纤维预制件而言，2D编织工艺成熟、成本低，但层间结合强度不高，易分层、适于制备薄壁简单结构件。2.5D编织工艺中纬纱贯穿经纱，形成互锁，层间结合强度增强，可制备异形复杂构件，编织成本介于2D编织与3D编织工艺之间。3D编织工艺能够有效提高经向强度，纬向力学性能较差，适合制备单向性能要求较高构件，编织成本亦最高。

目前，SiC/SiC复合材料的研究主要集中在单一成型工艺和材料性能方面，针对SiC/SiC复合材料组合工艺以及构件的低成本研究就少，一定程度上制约了SiC/SiC复合材料的工程化应用。

因此，发明人提供了一种薄壁板类SiC/SiC复合材料构件的制备方法。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种薄壁板类SiC/SiC复合材料构件的制备方法，解决了传统单一的SiC/SiC复合材料成型方法存在材料孔隙率高、制备周期长的技术问题。

(2)技术方案

本发明提供了一种薄壁板类SiC/SiC复合材料构件的制备方法，包括以下步骤：

将多层SiC纤维机织布裁切后平铺于自动化数控缝合系统上进行自动化缝合，获得2DSiC第一纤维预制体；

对所述2DSiC纤维预制体分别进行热解碳界面相沉积、碳化硅界面相沉积，获得具有热解碳/碳化硅复相界面相的2DSiC第二纤维预制体；

将所述2DSiC第二纤维预制体放置于碳基树脂溶液中进行真空或加压浸渍，固化后置于高温裂解炉中进行热处理，获得多孔炭结构的SiC第三纤维预制体；

采用MI工艺对所述SiC第三纤维预制体进行处理，获得熔渗工艺致密化的SiC/SiC复合材料；

采用PIP工艺对所述SiC/SiC复合材料进行处理，获得SiC/SiC复合材料构件。