变密度C/C复合材料喉衬的制备方法技术

本发明专利技术涉及C/C复合陶瓷技术领域，公开了一种变密度C/C复合材料喉衬的制备方法，包括如下步骤：将碳纤维布和碳毡依次铺叠，通过针刺方式制备设有密度梯度的喉衬预制体，然后置于化学气相沉积炉内，进行化学气相沉积，再置于真空浸渍罐内，在真空环境下，使用糠酮树脂浸渍，完成后放入烘箱中固化，然后置于碳化炉内，抽真空，升温进行基体碳化，重复固化和碳化至喉衬预制体密度达到1.8～1.9g/cm3后，进行高温处理，将取得的喉衬预制体，通过机械加工将坯料加工至喉衬要求尺寸，完成喉衬制备。本发明专利技术变密度C/C复合材料喉衬的制备方法，在保证喉衬强度及耐高温烧蚀性能前提下，有效缩短制备周期，降低制备成本。降低制备成本。降低制备成本。

【技术实现步骤摘要】
变密度C/C复合材料喉衬的制备方法


[0001]本专利技术涉及C/C复合陶瓷
，具体涉及一种变密度C/C复合材料喉衬的制备方法。

技术介绍

[0002]C/C复合材料是以碳纤维编织体为增强体、石墨为基体的多孔隙材料，具有低密度、低热膨胀系数、耐烧蚀等优良性能，是目前固体火箭发动机喉衬最常用材料。
[0003]但现有技术中，C/C复合材料主要通过液相浸渍炭化法、化学气相沉积法(CVI)及其组合方法制备，均存在制备周期长、制备成本高的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供一种变密度C/C复合材料喉衬的制备方法，在保证喉衬强度及耐高温烧蚀性能前提下，有效缩短制备周期，降低制备成本。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所设计的一种变密度C/C复合材料喉衬的制备方法，包括如下步骤：
[0006]A)将碳纤维布和碳毡依次铺叠，通过针刺方式制备设有密度梯度的喉衬预制体，密度为0.45～0.55g/cm3；
[0007]B)将所述步骤A)制得的所述喉衬预制体放置于化学气相沉积炉内，升温至900～1100℃，通入甲烷与氮气的混合气体进行化学气相沉积至所述喉衬预制体密度达到1.4～1.6g/cm3；
[0008]C)将经过所述步骤B)处理的所述喉衬预制体置于真空浸渍罐内，在真空环境下，使用糠酮树脂浸渍，完成后放入烘箱中固化；
[0009]D)将经过所述步骤C)处理的所述喉衬预制体置于碳化炉内，抽真空，升温进行基体碳化；/>[0010]E)重复所述步骤C)和步骤D)至所述喉衬预制体密度达到1.8～1.9g/cm3后，进行高温处理；
[0011]F)将所述步骤F)取得的所述喉衬预制体，通过机械加工将坯料加工至喉衬要求尺寸，完成喉衬制备。
[0012]优选的，所述步骤A)中，所述碳纤维布为无纬布，所述碳纤维布的铺层方向为0
°
/90
°
交替铺放。
[0013]优选的，所述步骤A)制得的喉衬预制体中部内壁为高温烧蚀面，所述喉衬预制体靠近所述高温烧蚀面部分为高密度区，远离所述高温烧蚀面部分为低密度区。
[0014]优选的，所述步骤B)中，甲烷与氮气的比例为1：1～2，沉积过程中混合气体通入流量为5～20mL/min。
[0015]优选的，所述步骤C)中，浸渍真空度为
‑
0.06～
‑
0.09MPa，浸渍时间3～5h，固化温度为150～200℃，固化时间为5～8h。
[0016]优选的，所述步骤D)中，真空度为
‑
0.06～
‑
0.09MPa，碳化温度为850～950℃，碳化时间为30～40h。
[0017]优选的，所述步骤E)中，高温处理温度为1800～2600℃，高温处理时间为10～20h。
[0018]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0019]1、在保证喉衬强度及耐高温烧蚀性能前提下，有效缩短制备周期，降低制备成本；
[0020]2、由于织物存在密度梯度，低密度区更有利于气体渗透，缩短化学气相沉积时间，提高沉积效率，降低高密度区域的密度差异，提升高密度区的抗烧蚀性能；
[0021]3、在保证烧蚀面致密的前提下，降低非烧蚀密度，降低了喉衬重量，提升发动机效率。
附图说明
[0022]图1为本专利技术变密度C/C复合材料喉衬的制备方法中喉衬预制体的结构示意图；
[0023]图2为图1的俯视图；
[0024]图3为本专利技术变密度C/C复合材料喉衬的制备方法中碳纤维布和碳毡铺叠示意图。
[0025]图中各部件标号如下：
[0026]碳纤维布1、碳毡2、高温烧蚀面3、高密度区4、低密度区5。
具体实施方式
[0027]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0028]实施例一
[0029]一种变密度C/C复合材料喉衬的制备方法，包括如下步骤：
[0030]A)如图1、图2及图3所示，将碳纤维布1和碳毡2依次铺叠，通过针刺方式制备设有密度梯度的喉衬预制体，密度为0.45g/cm3，所述碳纤维布1为无纬布，所述碳纤维布1的铺层方向为0
°
/90
°
交替铺放，喉衬预制体中部内壁为高温烧蚀面3，所述喉衬预制体靠近所述高温烧蚀面3部分为高密度区4，远离所述高温烧蚀面3部分为低密度区5；
[0031]B)将所述步骤A)制得的所述喉衬预制体放置于化学气相沉积炉内，升温至900℃，通入甲烷与氮气的混合气体进行化学气相沉积至所述喉衬预制体密度达到1.4g/cm3，其中，甲烷与氮气的比例为1：1，沉积过程中混合气体通入流量为5mL/min；
[0032]C)将经过所述步骤B)处理的所述喉衬预制体置于真空浸渍罐内，在真空环境下，使用糠酮树脂浸渍，完成后放入烘箱中固化，其中，浸渍真空度为
‑
0.06MPa，浸渍时间3h，固化温度为150℃，固化时间为5h；
[0033]D)将经过所述步骤C)处理的所述喉衬预制体置于碳化炉内，抽真空，升温进行基体碳化，其中，真空度为
‑
0.06MPa，碳化温度为850℃，碳化时间为30h；
[0034]E)重复所述步骤C)和步骤D)至所述喉衬预制体密度达到1.8g/cm3后，进行高温处理，高温处理温度为1800℃，高温处理时间为10h；
[0035]F)将所述步骤F)取得的所述喉衬预制体，通过机械加工将坯料加工至喉衬要求尺寸，完成喉衬制备。
[0036]实施例二
[0037]一种变密度C/C复合材料喉衬的制备方法，包括如下步骤：
[0038]A)将碳纤维布1和碳毡2依次铺叠，通过针刺方式制备设有密度梯度的喉衬预制体，密度为0.55g/cm3，所述碳纤维布1为无纬布，所述碳纤维布1的铺层方向为0
°
/90
°
交替铺放，喉衬预制体中部内壁为高温烧蚀面3，所述喉衬预制体靠近所述高温烧蚀面3部分为高密度区4，远离所述高温烧蚀面3部分为低密度区5；
[0039]B)将所述步骤A)制得的所述喉衬预制体放置于化学气相沉积炉内，升温至1100℃，通入甲烷与氮气的混合气体进行化学气相沉积至所述喉衬预制体密度达到1.6g/cm3，其中，甲烷与氮气的比例为1：2，沉积过程中混合气体通入流量为20mL/min；
[0040]C)将经过所述步骤B)处理的所述喉衬预制体置于真空浸渍罐内，在真空环境下，使用糠酮树脂浸渍，完成后放入烘箱中固化，其中，浸渍真空度为
‑
0.09MPa，浸渍时间5h，固化温度为200℃，固化时间为8h；
[0041]D)将经过所述步骤C)处理的所述喉衬预制体置于碳化炉内，抽真空，升温进行基体碳化，其中，真空度为
‑
0.09MPa，碳化温度为950℃，碳化时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变密度C/C复合材料喉衬的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：A)将碳纤维布(1)和碳毡(2)依次铺叠，通过针刺方式制备设有密度梯度的喉衬预制体，密度为0.45～0.55g/cm3；B)将所述步骤A)制得的所述喉衬预制体放置于化学气相沉积炉内，升温至900～1100℃，通入甲烷与氮气的混合气体进行化学气相沉积至所述喉衬预制体密度达到1.4～1.6g/cm3；C)将经过所述步骤B)处理的所述喉衬预制体置于真空浸渍罐内，在真空环境下，使用糠酮树脂浸渍，完成后放入烘箱中固化；D)将经过所述步骤C)处理的所述喉衬预制体置于碳化炉内，抽真空，升温进行基体碳化；E)重复所述步骤C)和步骤D)至所述喉衬预制体密度达到1.8～1.9g/cm3后，进行高温处理；F)将所述步骤F)取得的所述喉衬预制体，通过机械加工将坯料加工至喉衬要求尺寸，完成喉衬制备。2.如权利要求1所述变密度C/C复合材料喉衬的制备方法，其特征在于：所述步骤A)中，所述碳纤维布(1)为无纬布，所述碳纤维布的铺层方向为0
°
/90
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交替铺放。3.如权利要求1所述变密度C/C复...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海昆，高银东，艾余前，任海成，吴广力，
申请(专利权)人：湖北三江航天江北机械工程有限公司，
类型：发明
国别省市：