[发明专利]抗热振预制体及其制备工艺

说明书

本发明涉及预制体技术领域，尤其是一种抗热振预制体，此外，还涉及一种抗热振预制体的制备工艺，该抗热振预制体包括由内至外依次设置的n层复合碳材层，每层复合碳材层均卷绕至首尾相对，其首端和尾端之间的位置为拼缝位置，相邻两层复合碳材层的拼缝位置之间夹角的角度为α，其采用将相邻两层复合碳材层的拼缝位置对称，并偏移一个整圆被数量n等分的基数，以此调整复合碳材层的拼缝位置，大幅度的规律性的提高相邻两层复合碳材层的拼缝位置之间的间距，相邻两层复合碳材层中位于内侧复合碳材层的拼缝位置处的剥离强度得到大幅度的增强，确保预制体具有优异的抗热振能力，防止预制体因热应力而产生纵缝裂纹。

技术领域

本发明涉及预制体技术领域，尤其是一种抗热振预制体，此外，还涉及一种抗热振预制体的制备工艺。

背景技术

在碳纤维预制体成型领域，大约有如下四类：针刺成型法、喷射(浇注)成型法、胶粘成型法、三维编织成型法；

针刺成型是类似“增材制造”的成型方法。具体的说，以坩埚预制体为例，其制造过程如下：先在准备好的坩埚模具上，铺设便于脱模的羊毛毡或EVA材料，之后铺设一层复合碳材(每层复合碳材均由一层碳布与一层碳毡组成)，之后固定，机械手针刺成型；之后再铺设第二层复合碳材，固定后，机械手再次针刺成型；直到完成全部的复合碳材的铺层、固定和针刺成型后，修整预制体制品，脱模后，获得预制体坩埚。

如图1所示，现有的坩埚预制体普遍采用“等分包覆法”，就是在制作坩埚的过程中，先确定复合碳材层1铺层的总层数，根据坩埚的厚度及机加工的余量(包括除去CVD过程热变形造成的外形变形和石墨化阶段热变形造成的外形变形)确定复合碳材层1的层数，一般的坩埚预制体的复合碳材层1的总层数为22层；如图2所示，这样在模具3上，将模具3的外径长度等分为22个等分点，22个等分点沿圆周方向依次为22个位置点4，将位置点4标记在模具3上，此后逐层依次包覆，即，相邻两层复合碳材层1其拼缝位置2之间夹角的角度均为度，也就是说相邻两层复合碳材层1其拼缝位置2之间的距离较短；复合碳材层1的拼缝位置2的层间结合力不够；

在上述情况下，一旦预制体坩埚在CVD阶段、石墨化阶段及单晶生产阶段温度变化所引起的热膨胀变形所产生的热应力超过了复合碳材的层间结合力，便会造成复合碳材的层间拉松，层间拉松形成纵缝微裂纹，纵缝微裂纹生长，最终导致坩埚预制体形成纵缝裂纹。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的预制体采用等分包覆法，导致预制体容易在热应力下形成纵缝裂纹的问题，现提供一种抗热振预制体，此外，还提供一种抗热振预制体的制备工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种抗热振预制体，包括由内至外依次设置的n层复合碳材层，每层复合碳材层均卷绕至首尾相对，其首端和尾端之间的位置为拼缝位置，相邻两层复合碳材层中位于外侧的复合碳材层包覆住位于内侧的复合碳材层，相邻两层复合碳材层的拼缝位置之间夹角的角度为α；

其中，

当n为偶数时，R的取值范围为：0.5≤R≤1.5；

当n为奇数时，R的取值范围为：0.5≤R≤1.5。

本方案中采用将相邻两层复合碳材层的拼缝位置对称，并偏移一个整圆被数量n等分的基数，以此调整复合碳材层的拼缝位置，大幅度的规律性的提高相邻两层复合碳材层的拼缝位置之间的间距，相邻两层复合碳材层中位于内侧复合碳材层的拼缝位置处的剥离强度得到大幅度的增强，使之克服CVD阶段(包括石墨化阶段、单晶硅生长阶段)的温度变化造成的复合材料热变形形成的热应力，确保预制体具有优异的抗热振能力，防止预制体因热应力而产生纵缝裂纹。

进一步地，相邻两层复合碳材层之间通过针刺成型固定；由于相邻两层复合碳材层的拼缝位置之间的距离增加了，故而相邻两层复合碳材层的拼缝位置之间针刺产生的针孔的数量亦得到提升，进而可提高针刺强度。