[发明专利]基于増材制造的连续纤维增强SiC零件制备方法及产品

说明书

本发明属于SiC陶瓷零件制备领域，并公开了一种基于増材制造的连续纤维增强SiC零件制备方法及产品。该方法包括下列步骤：(a)选取连续纤维和制备SiC零件的原料，利用连续纤维和原料进行増材制造，以此获得带有连续纤维的SiC零件初坯，増材制造的方法包括熔融沉积成型、激光选区烧结成型、光固化工艺或三维喷印工艺；(b)将初坯进行热解碳化，使得初坯中形成多孔结构，以此获得多孔的碳预制体；(c)将碳预制体反应烧结生成SiC，以此获得所需的连续纤维增强SiC零件。本发明还公开了利用上述制备方法获得的连续纤维增强SiC零件。通过本发明，解决陶瓷零件本身硬度高，脆性大，对于成形零件的结构诸多限制的技术问题。

技术领域

本发明属于SiC陶瓷零件制备领域，更具体地，涉及一种基于増材制造的连续纤维增强SiC零件制备方法及产品。

背景技术

碳化硅陶瓷及其复合材料具有高比强度、比模量、耐高温、耐腐蚀和低密度等特点，在航空航天、军工、能源、汽车工业等领域具有非常大的潜力。然而，陶瓷材料固有的脆性大、可靠性差和加工成本高等缺点限制了其进一步地应用。纤维增强碳化硅基复合材料通过添加高强度、高模量的纤维材料，可以提高碳化硅基体的机械强度和损伤容限，而连续纤维较短切纤维有更优异的强化作用，因为连续纤维在SiC内可以形成连续多级空间网状结构，对陶瓷裂纹的扩展能够起到更好的阻滞作用。

目前，用于制造连续纤维增强SiC陶瓷基零件的方法包括连续纤维增强的纤维缠绕工艺、热压罐工艺、树脂传递模塑成形工艺，以及模压成形工艺等。然后将上述树脂基复合材料在高温真空条件下碳化，就可以得到用于渗硅的碳预制体。然而，上述成形方法通常需要复杂的成形工序或者需要制作相应的模具，因此制造成本高，周期长等。

为此，现有技术中已经对其提出了一些解决方案。例如， 201310675058.1中公开了一种碳纤维增强SiC基复合材料汽车刹车片的成型方法，采用连续碳纤维制备的碳布与SiC粉体连续叠放的工艺制备预制体，然后经过高温裂解和渗硅工艺制得体积密度为1.95～2.16g/cm³的连续碳纤维增强SiC基体复合材料刹车片；201811516058.6公开了一种连续纤维增强金属基复合材料的制备方法，将连续增强体纤维与基体金属丝材交替织布，均匀编制成纤维和金属的混杂纤维布，然后将纤维布交替叠层，经过高温高压处理制得连续纤维增强金属基复合材料。上述方法均难以制造具有复杂形状的连续纤维复合材料零件，如随形冷却流道、网格结构等。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于増材制造的连续纤维增强SiC零件制备方法及产品，通过在制备的SiC零件中增加连续纤维，一方面增强SiC零件的强度，另一方面可获得任意形状结构的SiC陶瓷零件，以此解决陶瓷零件本身硬度高，脆性大，对于成形零件的结构诸多限制的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于増材制造的连续纤维增强SiC零件制备方法，该方法包括下列步骤：

(a)选取连续纤维和制备SiC零件的原料，利用所述连续纤维和原料进行増材制造，以此获得带有连续纤维的SiC零件初坯；

(b)将所述初坯进行热解碳化，使得所述初坯中形成多孔结构，以此获得多孔的碳预制体；

(c)将所述碳预制体反应烧结生成SiC，以此获得所需的连续纤维增强SiC零件，其中，所述反应烧结工艺为先驱体浸渍裂解法、化学气相渗透法或反应熔渗法。

进一步优选地，在步骤(a)中，所述増材制造优选采用熔融沉积成型工艺，制备SiC零件的原料为丝材，所述初坯的获得包括下列步骤：将所述连续纤维包裹在所述原料的丝材中形成复合丝材，然后利用该复合丝材进行熔融沉积成形获得所述初坯。