[发明专利]薄壁筒状炭/炭复合材料快速致密化方法

说明书

本发明公开了一种薄壁筒状炭/炭复合材料快速致密化方法没涉及炭/炭复合材料制备方法领域。本发明采用双级压差方式进行快速增密，主要包括定型和致密阶段完成致密化。定型期在预制体内部放置石墨材质的出气型芯，既保证薄壁预制体不变形又起到气体均匀分散作用，气体主要从预制体间隙排出，共沉积30h~50h，沉积出粗糙层结构热解炭，直至密度1.0g/cm³；致密期，将出气型芯取出，加快沉积速率，而且不会影响其尺寸精度，共沉积70~100h，沉积出具有密度1.75~1.80g/cm³的炭/炭复合材料。每个预制体均能形成一个单独沉积室，多个筒型预制体外侧施加石墨筒体再次形成一个大的沉积室，从而在预制体径向建立了双级压力梯度，反应气体的利用率提高至35～60%，比等温法高出约10倍。

技术领域

本发明涉及炭/炭复合材料制备技术领域，尤其涉及一种薄壁筒状炭/炭复合材料快速制备方法。

背景技术

炭/炭复合材料是由高强度炭纤维和热解碳基体构成的高性能复合材料。炭/炭复合材料由于具有优异的高低温力学、导热性能及自润滑性能被广泛应用于摩擦材料。因此，该材料特别适用于特殊工况环境使用的轴承保持架,如极低或极高环境温度。

目前，炭/炭复合材料主要的制备方法有化学气相渗透法、液相浸渍法以及两种方法的联合使用。但液相浸渍法存在气孔率大，强度差等缺点，而化学气相渗透方法制备的材料强度高，孔隙率较低、热解碳结构可调，其强度可设计性较强，被广泛应用于该材料的工业化生产。化学气相渗透方法包括炭纤维预制体编织、增密、机械加工、高温纯化等工序，其中增密工序在所有工序中至关重要。现有增密工序多采用等温化学气相渗透方法，致密周期长达700h，但是产品均匀性好；温度梯度法则致密化速率提高，但是产品易变形，尤其制作壁厚≤10mm薄壁筒状部件时，采用温度梯度法制作的薄壁筒极易变形，生产工艺复杂，并且生产制作成本高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种薄壁筒状炭/炭复合材料快速制备方法，缩短致密化周期的同时保证筒体均匀性。

为实现此技术目的，本发明采用如下方案：薄壁筒状炭/炭复合材料快速致密化方法，如下步骤进行：

步骤一、预制体定型安装：在平台摆放底座和筒体，出气型芯插入底座定位孔中，将预制体套在出气型芯外侧，出气型芯上端依次安装T型端盖和顶盖，T型端盖上端与顶盖进行找正配合；

步骤二、预制体渗碳定型处理：在1030℃~1040℃条件下，通入天然气和丙烯的混合气体，天然气和丙烯的体积比例为1~2：1，预制体与筒体间压力在2~3KPa，送气管道将沉积混合气体通过底座上均布的进气孔送入出气型芯中，沉积混合气体透过出气型芯均布的圆孔，对预制体进行均匀渗透，达到预制体内界限压力后混合气体通过筒体上端的开口槽向外排出，渗碳定型处理时间为30~50h，预制体密度沉积至1.0g/cm³；

步骤三、预制体重装：依次将顶盖、T型端盖和筒体拆除，取出预制体和出气型芯，将预制体和出气型芯分离；将定位套安装在底座定位孔中，预制体下端套装在定位套外侧，预制体上端安装T型端盖和顶盖；

步骤四、预制体致密化处理：在1020℃~1030℃条件下，通入天然气和丙烯的混合气体，其体积比例为2~4：1，预制体与筒体间压力在4~5KPa，送气管道将沉积混合气体通过底座和定位套送入预制体内部，待预制体内部达到界限压力后，混合气体从T型端盖的L型透气槽中排出，进入外部沉积区，外部沉积区气体达到沉积压力后，混合气体通过筒体上端的开口槽向外排出，致密化处理时间为70~100h，预制体密度达到1.75~1.80g/cm³。