一种硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒及承压壳体制造技术

本发明专利技术提供一种硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒、承压壳体，复合材料承压筒包括增强材料和基体材料；增强材料为硼纤维编织物；基体材料为Si

【技术实现步骤摘要】
一种硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒及承压壳体


[0001]本专利技术属于海洋技术装备领域，具体涉及一种硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒及承压壳体。

技术介绍

[0002]水下运载器在海洋开发和军事战争中发挥着越来越重要的作用。随着陆地资源的枯竭，世界各国高度重视海洋资源的开发和利用，水下运载器被用于海洋环境监测、海洋资源开发和海洋科学研究等。同时，水下运载器也成为世界各国军事装备的研发重点，在水下侦察、探测识别、猎扫雷和打捞回收等作战任务中发挥着作用。由于工作环境的复杂性，水下运载器可能会出现能源耗尽、机体损伤、渗漏失效等故障，而急需快速浮出水面。自动上浮装置能够帮助水下运载器快速浮出水面，保护数据和设备装置。水下运载器的自动上浮装置由传感器、中央控制器、点火器、气囊和承压壳体等组成。上浮装置的承载壳体需要承受长期深海外压载荷和燃气快速释放时的内压冲击。
[0003]目前，承压壳体大多采用高强度钢、铝合金和钛合金等金属材料制作，存在重量大、耐腐蚀性差和透声效果差等问题。近年来，也有的公司或研究机构尝试采用碳纤维增强高分子复合材料来制作耐压舱体。如，公开号为CN105620693A的专利提供了一种新型碳纤维高分子复合材料耐压舱体及其制作工艺，该舱体采用碳纤维增强高分子复合材料的耐压舱体结构，制作工艺为：模具准备，胶料配制，碳纤维筒体缠绕，固化，与连接件的胶接，防渗层的加工，防护层的加工，装配端盖等。公开号为CN103303430A的专利提供了一种新型复合材料潜器结构及其制作工艺，复合潜器的外壳包括外层的高强度碳纤维扰流层，内层的高强度碳纤维包裹层，以及复合夹层。然而，上述纤维增强树脂基复合材料壳体存在厚度大、吸水率大、外涂层材料易损坏发生渗漏等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是提供一种硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒及承压壳体，承压筒采用高模量的硼纤维增强陶瓷材料制作，其中，硼纤维的模量通常为400Gpa，高于金属材料(模量为210GPa)和碳纤维复合材料(模量为130GPa)，可以达到减小筒体壁厚，提高内腔容积的目的；基体材料采用陶瓷材料，具有低吸水率和高致密性的效果。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术的一个方面提供一种硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒，包括增强材料和基体材料；所述增强材料为硼纤维编织物；所述基体材料为Si-B-N陶瓷。
[0006]优选地，所述硼纤维编织物单层厚度为0.2-0.5mm，共10-50层。
[0007]优选地，所述硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒的制备方法包括以下步骤：
[0008]S1.在模具表面进行硼纤维编织成型，得到硼纤维预成型体；
[0009]S2.将所述硼纤维预成型体置于Si-B-N陶瓷前驱体溶液中进行浸渍；
[0010]S3.将步骤S2中浸渍后的硼纤维预成型体固化成型；
[0011]S4.对步骤S3得到的固化成型后的产品进行脱模，得到所述硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒。
[0012]优选地，步骤S2中，所述Si-B-N陶瓷前驱体溶液的浓度为38％-74％。
[0013]优选地，步骤S2中，所述Si-B-N陶瓷前驱体溶液的制备方法包括：
[0014]将六甲基二硅氮烷溶于四氯化碳溶剂中形成溶液，然后将三氯化硼和三氯硅烷加入到溶液中，于80～90℃下加入催化剂三氯化铝，反应不少于8h，得到所述Si-B-N陶瓷前驱体溶液，其中六甲基二硅氮烷、三氯化硼和三氯硅烷的质量比为100:75:35。
[0015]优选地，步骤S2中，所述硼纤维预成型体浸渍时温度为50-80℃，压力为0.2-0.8MPa，浸渍时间不少于90min。
[0016]优选地，步骤S3中，固化成型时，固化制度为：首先室温升温至400-600℃并保温1-3小时；然后升温至1000-1200℃并保温2-4小时；最后升温至1300-1400℃并保温4-6小时。
[0017]优选地，步骤S1中，还包括在硼纤维编织成型之前，在硼纤维表面先浸渍聚乙烯醇溶液，并烘干。
[0018]本专利技术的另一方面提供一种复合材料承压壳体，包括：
[0019]上述的硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒、堵盖、连接销钉和密封圈，所述堵盖设于所述硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒的两端，并通过连接销钉与所述硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒连接，所述堵盖与所述硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒之间设置所述密封圈。
[0020]优选地，堵盖采用轻质高纯致密陶瓷材料制成。
[0021]本专利技术的再一方面提供一种水下运载器的自动上浮装置，包括：
[0022]上述的复合材料承压壳体、传感器、中央处理器、点火器、燃气发生器、气囊；所述传感器、中央处理器、点火器、燃气发生器、气囊设于所述复合材料承压壳体中；所述中央处理器与所述传感器、所述点火器分别电连接，所述点火器适于点火引发所述燃气发生器，所述燃气发生器适于为所述气囊提供气体。
[0023]本专利技术的再一方面提供一种水下运载器，包括上述的水下运载器的自动上浮装置。
[0024]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0025]1.本专利技术的硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒，由硼纤维编织物和陶瓷前驱体组成，其中，硼纤维具有极高的压缩强度和压强模量，适合于承受外压载荷带来的失稳问题，可大大减小筒体的壁厚，Si-B-N陶瓷材料具有低吸水率、高致密性，通过高温固化，使陶瓷基体将纤维材料紧密连接，制得的复合材料承压筒具有优异的防水和耐腐蚀性能；
[0026]2.本专利技术的复合材料承压壳体、水下运载器的自动上浮装置，采用硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒作为筒体，堵盖与承压筒采用橡胶密封圈密封，采用金属销钉连接，承压壳体承压性能好、壁厚小、重量轻、耐腐蚀性好、透声性好。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例4所述的水下运载器的自动上浮装置的结构示意图。
[0028]其中：1-复合材料承压壳体；11-硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒；12-堵盖；13-连接销钉；14-密封圈；2-传感器；3-中央处理器；4-燃气发生器；5-气囊。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]实施例1
[0031]本实施例所述的硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒，直径为300mm，其中，硼纤维材料采用美国TEXTRON SYSTEMS公司的TS100型号；基体材料为Si-B-N陶瓷先驱体，采用如下制备方法制备：
[0032]S0.制备模具，模具用于支撑承压筒成型，外径与复合材料承压筒的内径一致；用于制作模具的材质为耐高温、低膨胀的碳/碳复合材料；模具在使用前进行表面处理，在模具表面涂覆硅脂、润滑剂等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒，其特征在于：包括增强材料和基体材料；所述增强材料为硼纤维编织物；所述基体材料为Si-B-N陶瓷。2.根据权利要求1所述的硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒，其特征在于：所述硼纤维编织物单层厚度为0.2-0.5mm，共10-50层。3.根据权利要求1所述的硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒，其特征在于，所述硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒的制备方法包括以下步骤：S1.在模具表面进行硼纤维编织成型，得到硼纤维预成型体；S2.将所述硼纤维预成型体置于Si-B-N陶瓷前驱体溶液中进行浸渍；S3.将步骤S2中浸渍后的硼纤维预成型体固化成型；S4.对步骤S3得到的固化成型后的产品进行脱模，得到所述硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒。4.根据权利要求3所述的硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒，其特征在于，步骤S2中，所述Si-B-N陶瓷前驱体溶液的制备方法包括：将六甲基二硅氮烷溶于四氯化碳溶剂中形成溶液，然后将三氯化硼和三氯硅烷加入到溶液中，于80～90℃下加入催化剂三氯化铝，反应不少于8h，得到所述Si-B-N陶瓷前驱体溶液，其中六甲基二硅氮烷、三氯化硼和三氯硅烷的质量比为100:75:35。5.根据权利要求3所述的硼纤维增强陶瓷基复合材料承压筒，其特征在于，步骤S2中，所述硼纤维预成型体浸渍时温度为50-80℃，压力为0.2-0.8M...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖文刚，刘红影，江亚彬，刘魏魏，何志华，
申请(专利权)人：北京玻钢院复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：