[发明专利]基于参数区域控制的高通量化学气相渗透工艺、应用及装置

说明书

本发明公开了一种基于参数区域控制的高通量化学气相渗透工艺、应用及装置，利用折叠碳纸将沉积区域划分为具有不同比表面积的沉积区间，并在给定沉积温度、沉积压力和气体流量下，将相同类型尺寸的纤维预制体置于各沉积区间，实现滞留时间的区域化控制，通过单次实验制备出不同参数体系的高通量复合材料。对沉积区间内的碳纸和纤维预制体的沉积速率和微观结构等进行测试表征，快速高效地实现滞留时间和比表面积的参数优化，找出沉积特性较好且致密化特性较优的沉积参数和沉积区域，对一系列工艺参数进行优化选取。本发明利用优化后的沉积参数和沉积区域，结合大尺寸纤维预制体的区域移动，最终实现大尺寸复合材料构件的快速均匀致密化。

技术领域

本发明涉及一种化学气相渗透(Chemical Vapor Infiltration，CVI)工艺及装置设计方法，特别是涉及一种高通量化学气相渗透工艺、应用及装置，应用于高通量复合材料设计和参数优化以及复合材料快速均匀致密化技术领域。

背景技术

传统CVI工艺制备复合材料的工艺优化周期长，通常需要通过一系列不同参数体系的大量重复实验及重复样品表征，造成复合材料的制备成本非常高且效率较低。以CVI工艺制备SiC/BN/SiC复合材料为例：首先需要制备与纤维和基体均有较好结合强度的BN界面层，后期则需沉积出结晶度较好且致密的SiC基体。但因BN界面层和SiC基体沉积过程的影响因素较多，如沉积温度、滞留时间、沉积压力等，单纯依靠重复实验来优化沉积工艺，需要设计大量的正交实验，并且需要多次重复的表征样品，这将会耗费大量的时间，造成实验成本很高，同时由于天气或沉积设备的原因，不能保证沉积工艺的稳定性，很难确定最优沉积工艺。比如，在SiC基体沉积过程中，不同温度(T)、不同压力(P)、不同比表面积(Sv)和滞留时间(τ)下气相组元的种类和浓度不同，导致不同位置的SiC沉积速率和微观结构不同，并会影响扩散沉积控制下的致密化过程。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于参数区域控制的高通量化学气相渗透工艺、应用及装置，采用基于参数区域控制的CVI工艺在制备高通量复合材料的同时通过对多组参数体系的复合材料进行表征以快速优化复合材料沉积参数，并利用最优参数结合预制体区域移动制备出理想微观结构和力学性能的大尺寸复合材料构件。通过引入全新的材料制备工艺使得参数易于控制，本发明方法具有高效、低成本等优点，本发明方法将为高通量复合材料的制备、表征和CVI工艺参数的择优选取以及大尺寸复合材料的快速制备提供可能。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于参数区域控制的高通量化学气相渗透工艺，具体步骤如下：

a.利用折叠碳纸将CVI沉积炉的沉积区域划分为具有不同比表面积的区间,再将一系列沉积基体样品置于各沉积区间内，进行装炉；优选将折叠碳纸放置于CVI沉积炉的沉积区域，优选通过改变碳纸的折叠程度将沉积区划分为设定比表面积的不同区间；优选通过改变碳纸的折叠程度将沉积区划分为设定比表面积Sv∈[103,105]m^-1的不同区间；