三维针刺碳/碳化硅复合材料螺栓的制备方法

摘要

三维针刺碳/碳化硅复合材料螺栓的制备方法，采用三维针刺纤维预制体制备复合材料螺栓，通过在预制体上沉积热解碳，利用CVI沉积碳化硅基体，得到螺栓杆毛坯和螺栓帽毛坯。对通过机加得到的螺栓杆和螺栓帽CVI沉积碳化硅基体，并CVI沉积碳化硅防氧化涂层，得到剪切强度提高到了80～100MP的三维针刺C/SiC复合材料螺栓成品。与现有技术相比，本发明进炉次数减少了约6～10次，致密化周期更短，降低了生产成本，通过CK6180-3000数控车床试验表明，本发明对金刚石砂轮磨损较小，加工30件螺栓螺纹的工时定额减少约10个小时，并且由于砂轮磨损较小，提高了加工精度，实现了工业化批量生产。

主权项

一种三维针刺碳/碳化硅复合材料螺栓的制备方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，制作三维针刺碳毡预制体；用12K的T700碳纤维制成胎网；将单层0°无纬布、单层胎网、单层90°无纬布和单层胎网依次循环叠加，直至铺层到设计厚度；采用接力式针刺的方式将胎网中的纤维垂直刺入到无纬布之间，制成板状三维针刺碳毡预制体；所述的碳纤维体积分数为35％，密度为0.6g/cm3；步骤2，沉积热解碳界面层；通过沉积炉在三维针刺碳毡上沉积热解碳界面层，沉积温度为800℃～1000℃，沉积炉抽真空至0.2～0.4kPa，以流量为25ml/min～35ml/min的丙烯气作为沉积气体，250ml/min～350ml/min的Ar气作为保护气体，沉积时间为40h～60h；得到沉积有热解碳界面层的板状三维针刺碳毡；步骤3，沉积碳化硅基体；通过沉积炉在沉积有热解碳界面层的板状三维针刺碳毡上沉积碳化硅基体，沉积温度为800～1000℃，沉积炉抽真空至2kPa～4kPa，以流量为250ml/min～350ml/min的Ar气作为保护气体，流量为150ml/min～250ml/min的H2气作为载气，将三氯甲基硅烷载入沉积炉内与沉积有热解碳界面层的三维针刺碳毡发生反应，生成碳化硅基体，并沉积在所述三维针刺碳毡上，形成密度为1.15～1.20g/cm3的半成品复合材料板材；所述三氯甲基硅烷的温度为25℃～35℃，H2与三氯甲基硅烷的摩尔质量比为8～12，沉积时间为60～80h；步骤4，加工产品毛坯；在半成品复合材料板材上分别通过切割的方式加工出螺栓杆毛坯和螺栓帽毛坯；步骤5，沉积碳化硅基体；通过沉积炉在螺栓杆毛坯和螺栓帽毛坯上沉积碳化硅基体，沉积温度为800～1000℃，沉积炉抽真空至2kPa～4kPa，以流量为250～350ml/min的Ar气作为保护气体，流量为150～250ml/min的H2气作为载气，将三氯甲基硅烷载入沉积炉内与螺栓杆和螺栓帽毛坯发生反应，生成碳化硅基体，并沉积在所述螺栓杆和螺栓帽毛坯上，得到密度为1.55～1.65g/cm3的螺栓杆毛坯和螺栓帽毛坯；所述三氯甲基硅烷的温度为25℃～35℃，H2与三氯甲基硅烷的摩尔质量比为8～12，沉积时间为70～100h；步骤6，制作半成品；对螺栓杆毛坯和螺栓帽毛坯攻丝，机床主轴转速为70n/min，切削深度为0.03～0.05mm，进给速度为0.10mm/min～0.15mm/min；将两者装配在一起，形成半成品螺栓；步骤7，沉积碳化硅防氧化涂层；利用CVI法对得到的半成品螺栓沉积碳化硅防氧化涂层；沉积温度为800～1000℃，气体为三氯甲基硅烷，沉积时间为70～100h，得到三维针刺C/SiC复合材料螺栓成品。