碳纤维增强碳基-陶瓷基复合材料连接件的制备工艺

摘要

本发明公开了一种碳纤维增强碳基-陶瓷基复合材料连接件的制备工艺，该工艺中预制体结构采用2D针刺结构，通过优化结构设计及加工方案，并利用快速化学气相渗(HCVI)结合传统等温CVI复合工艺共同完成制备工作。采用该工艺制备的C/C-SiC、C/SiC连接件强度提高，且总的制备周期为300～500小时，相比单纯依靠传统CVI工艺800～1200小时，其制备周期缩短了约50％，且成品率达到95％以上，大大降低生产成本。

主权项

一种碳纤维增强碳基‑陶瓷基复合材料连接件的制备工艺，其特征在于：该工艺包括如下步骤：(1)碳纤维预制体的选择：预制体选用2D针刺结构，采用一层T70012K(或3K、6K)PANCF无纬布与一层T70012K PANCF网胎交替铺层，预制体层间密度14‑20层/cm；(2)在碳纤维预制体上沉积碳或碳化硅基体制得毛坏材料：将碳纤维预制体置于带有水冷壁的HCVI设备内，通过快速化学气相渗工艺进行沉积，沉积温度为900～1250℃；沉积碳基体时，采用Ar或N₂作为稀释气体，稀释气体流量为0.3～1.4m3/h；碳氢气体为反应气体，反应气体流量为0.5～1.4m³/h，沉积时间控制在35小时以内，制备出来的毛坯材料密度为1.4～1.6g/cm³，满足加工要求；沉积SiC基体时，采用Ar或N₂为稀释气体，稀释气体流量为0.1～0.4m³/h；以H₂为载体的三氯甲基硅烷(MTS)为反应气体，H₂流量在0.05～0.2m³/h，MTS流量控制在40～100g/h，沉积时间控制在50小时以内，制备出来的毛坯材料密度为1.6～1.8g/cm³，满足加工要求。(3)机械加工：将制备好的毛坯材料加工成若干连接件拼接的形状，即毛坏件Ⅰ，超声清洗后烘干；(4)等温CVI工艺沉积SiC基体：将步骤(3)加工的毛坯件Ⅰ放入等温CVI沉积炉中进行SiC沉积致密化，沉积温度为1000～1150℃；原料气体中Ar或者N₂为稀释气体，稀释气体流量0.05～0.3m³/h，以H₂为载体的三氯甲基硅烷(MTS)为反应气体，H₂流量在0.01～0.1m³/h，MTS流量控制在10～60g/h；沉积反应时间控制在200小时以内，使毛坯件Ⅰ的密度增加到1.6～1.8g/cm³；(5)机械加工：将经步骤(4)处理后的毛坯件Ⅰ加工分割为苦干独立的连接件形状，即若干毛坯件Ⅱ，超声清洗后烘干；(6)等温CVI工艺沉积SiC基体：将步骤(3)加工的毛坯件Ⅱ放入等温CVI沉积炉中继续进行SiC沉积致密化，沉积温度1000～1300℃；原料气体中Ar或者N₂为稀释气体，稀释气体流量0.05～0.5m³/h，以H₂为载体的三氯甲基硅烷(MTS)为原料气体，H₂流量在0.01～0.1m³/h，MTS流量控制在10～60g/h；沉积反应时间控制在200小时以内，使毛坯件Ⅱ的密度增加到1.7～1.9g/cm³；(7)成型加工：将经步骤(6)处理后的毛坯件Ⅱ精加工为成品连接件，超声清洗后烘干。