[发明专利]一种预存应力筋增强复合材料及其制造方法

权利要求书

1.一种预存应力筋增强复合材料，由预存应力筋与陶瓷材料或者碳材料基体构成，预存应力筋包括一根外管和在其腹腔内的一根芯体，受拉应力的外管和受压应力的芯体通过两者界面结合力锚固构成拉压平衡体，其特征是：

构成预存应力筋的外管和芯体的特征温度满足下式：T_m≤T_t；

构成复合材料各组成部分的特征温度满足下式：T_p≤T_o<T_m≤T_c,T_t，

其中，T_c为基体的使用温度，T_p为复合材料的制备温度，T_t为外管的使用温度，T_o为芯体的使用温度，T_m为芯体的软化温度或者熔点温度或者玻璃转化温度。

2.根据权利要求1所述的预存应力筋增强复合材料，其特征是：组成所述的外管的纤维由玻璃纤维、C纤维、SiC纤维、Si₃N₄纤维、B纤维、B(W芯）纤维、SiC(W 芯）纤维、SiC(C芯）纤维、Al₂O₃、玄武岩纤维中的至少一种构成，介质的前体物质由C、SiC、TiC、BN、Si₃N₄、B₄C、SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、B₂O₃、Ta₂O₅中的一种构成。

3.根据权利要求1或2所述的预存应力筋增强复合材料，其特征是：组成所述的芯体的材料采用Si以及Si、Al、Cr、Ti、Zr、Mg、B、Y的氮化物、碳化物、氧化物、碳氮化物、氧氮化物、硼化物中至少一种构成。

4.根据权利要求3所述的预存应力筋增强复合材料，其特征是：所述的芯体中，Si质芯体Si所占摩尔分数比例为：20～100%，掺入C元素的摩尔分数在0～60%，或者掺入O元素的摩尔分数在0～50%，或者掺入N元素的摩尔分数在0～60%，或者掺入三者中的一种或者多种。

5.根据权利要求1或2所述的预存应力筋增强复合材料，其特征是：所述的陶瓷材料或者碳材料基体由Si、Al、Cr、Ti、Zr、Mg、B、Y、W、Hf、V、Nb、Ta的氮化物、碳化物、氧化物、碳氮化物、氧氮化物、硼化物、硅化物中至少一种构成。

6.制备权利要求1所述的预存应力筋增强复合材料的方法，其特征在于：其步骤如下：

（1）预存应力筋前体的制备：由纤维和介质构成的外管以芯体为芯模，在芯体上编织或者单一方向排列的多根纤维，或者在芯体上两法混用，经模具成型后，在复合材料制备温度T_p和芯体的T_m温度之间保护气氛下高温固化处理，外管的使用温度为T_t；

（2）应力储存：在外管的弹性范围内对外管预张拉变形，对受张拉区域的外管逐段或者整体加热至芯体的T_m温度，外管腹内的芯体软化，使软化体与外管内表面重新结合，随后冷却固化该区段芯体，待芯体的温度降至其使用温度T_o以下，然后松开该区段的张拉，该区段的应力储存成功，重复上述过程储存应力，定尺切断，完成预存应力筋的制备；

（3）复合材料的制备：将预存应力筋按照复合材料受力状况制成预制体，或者将预存应力筋连同增强纤维一起编织成预制体，再进行CVI制备工艺制备预存应力筋增强复合材料，制备温度T_p，复合材料基体的使用温度为T_c；

（4）预应力释放：将步骤3制备出的构件升温至芯体的T_m温度，使外管腹内的芯体软化，释放预应力，然后冷却及机械加工制成成品。