[发明专利]一种SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件制备方法

权利要求书

1.一种SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件制备方法，其特征在于，包括：

依据复合材料变曲率加筋构件数模，设计制备SiC纤维预制体；定形石墨模具设计与加工；将SiC纤维预制体装入定形石墨模具进行模压定形；脱模；SiC纤维预制体界面层制备；浸渍碳化硅先驱体溶液，放入定形石墨模具热模压；高温裂解；脱模；控形石墨模具设计与加工；近净尺寸加工；浸渍碳化硅先驱体溶液；放入控形石墨模具并高温裂解；完成致密化；化学气相沉积SiC涂层；

其中，所述的设计SiC纤维预制体是对变曲率加筋构件数模进行展平处理以设计纤维预制体的外形尺寸，确保满足SiC纤维预制体的变曲率要求，且筋条和展平的纤维预制体为一体化编织，编织纤维预制体时需要对筋条宽度进行加宽设计，其中，当筋条展平后与水平线呈锐角时，加宽宽度为筋条左下角棱边和右上角棱边的水平宽度；当筋条展平后与水平线呈钝角时，加宽宽度为左上角棱边和右下角棱边的水平宽度；

所述定形石墨模具包括芯模(111)、上模(112)，

其中上模(112)的下表面形态与上型面上表面一致，芯模(111)的上表面形态与下型面下表面一致，上模(112)和芯模(111)分别从上下方向将上型面定位，在上模(112)与纤维预制体贴和面一侧加工与设计的纤维预制体筋条尺寸一致的筋条槽(113)，用于筋条的变曲率定形；

所述控形石墨模具包括芯模(221)、上模(222)，其中上模(222)的下表面形态与加工后构件的上型面上表面一致，芯模(221)的上表面形态与下型面下表面一致，上模(222)和芯模(221)分别从上下方向将上型面定位，在上模(222)与构件体贴和面一侧加工与近净尺寸SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件筋条尺寸一致的筋条槽(223)，用于筋条的控形。

2.如权利要求1所述的一种SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1、依据变曲率加筋构件数模，设计并编织SiC纤维预制体(1)；

步骤2、依据步骤1中得到的SiC纤维预制体(1)设计加工SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件定形石墨模具(2)；

步骤3、将步骤1中的SiC纤维预制体(1)装入步骤2中的SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件定形石墨模具(2)后放入压机平台进行模压定形，然后一并放入真空热处理炉中，800℃真空条件下处理0.5h，除去SiC纤维预制体(1)表面上浆剂，脱模后得到定形后的SiC纤维预制体(3)；

步骤4、将步骤3中的定形后的SiC纤维预制体(3)放入气相沉积炉中沉积热解碳界面层或氮化硼界面层中的一种，得到沉积界面层的SiC纤维预制体(4)；

步骤5、配置碳化硅陶瓷先驱体溶液(5)，以二甲苯为溶剂，以固态聚碳硅烷为SiC陶瓷前驱体，将两者以质量比1:1～1:3混合后充分搅拌至固态聚碳硅完全溶解，得到碳化硅陶瓷先驱体溶液(5)；

步骤6、将步骤4中得到的沉积界面层的SiC纤维预制体(4)放入真空浸渍釜中抽真空，待真空压力小于100Pa时，在压差作用下吸入步骤5中得到的碳化硅陶瓷先驱体溶液(5)，将沉积界面层的SiC纤维预制体(4)浸渍24～36h后得到浸渍碳化硅先驱体溶液的SiC纤维预制体(6)；

步骤7、将步骤6中得到的浸渍碳化硅先驱体溶液的SiC纤维预制体(6)放入步骤2得到的SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件定形石墨模具(2)中后进行热模压，压力4MPa，温度210℃，时间0.5～2h，得到热模压后含石墨模具的SiC纤维预制体(7)；

步骤8、将步骤7中得到的含石墨模具的SiC纤维预制体(7)放入高温裂解炉中高温裂解，裂解温度1000℃～1350℃，时间0.5～2h，得到首次裂解后的含石墨模具的多孔SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件(8)；

步骤9、将步骤8中得到的多孔SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件(8)放入真空浸渍釜中抽真空，待真空压力小于100Pa时，在真空压差作用下吸入步骤5中的碳化硅陶瓷先驱体溶液(5)；将多孔SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件(8)浸渍24～36h，得到浸渍后的多孔SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件(9)；

步骤10、将步骤9中得到的浸渍后的多孔SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件(9)放入真空裂解炉中高温裂解，裂解温度1000℃～1350℃；时间0.5～2h；

步骤11、重复步骤9和步骤10至4～5循环后脱去定形石墨模具，得到多孔的SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件(10)；

步骤12、根据变曲率加筋构件在机床上难以准确定位的难题，设计并加工用于辅助加工的控形石墨模具(11)；对步骤11中的多孔的SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件(10)进行近净尺寸加工，得到近净尺寸的SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件(12)；用于辅助加工的控形石墨模具(11)用于近净尺寸构件后期致密化过程中的控形；

步骤13、将步骤12中得到的近净尺寸的SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件(12)进行清洗、干燥烘干后称重，并放入真空浸渍釜中抽真空，待真空压力小于100Pa时，在真空压差作用下吸入步骤5中得到的碳化硅陶瓷先驱体溶液(5)；将近净尺寸的SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件(12)浸渍12～24h后得到浸渍后的多孔SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件(13)；

步骤14、将步骤13得到浸渍后的多孔SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件(13)放入步骤12中得到的用于辅助加工的控形石墨模具(11)中后一并放入高温裂解炉中裂解，裂解温度1000℃～1350℃，时间0.5～2h，裂解后脱去用于辅助加工的控形石墨模具(11)并称重；

步骤15、重复步骤13和14至多孔SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件的增重率1％时，完成其致密化，得到致密的近净尺寸的SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件(14)；

步骤16、将步骤15得到的致密的近净尺寸的SiC/SiC复合材料变曲率加筋构件(14)放入SiC气相沉积炉中沉积SiC涂层，以三氯甲基硅烷-氢气-氩气为沉积体系，三者质量比为1：5：5，沉积温度1000℃～1200℃，压力500～2000Pa，沉积时间36h～72h，SiC涂层沉积厚度0.05～0.1mm，得到净尺寸的SiC/SiC变曲率加筋构件。