用于陶瓷基复合材料单头部火焰筒的定型模具及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于陶瓷基复合材料单头部火焰筒的定型模具及制备方法，以解决现有技术制备的陶瓷基复合材料火焰筒致密性差，且针对单头部火焰筒的完整制备的工艺较复杂的技术问题。该定型模具包括与单头部火焰筒的内侧面相适配的内模定型模具、与缠绕纤维布的内模定型模具相适配的多个外模扇形段组成的外模定型模具、底盘定型模具和校型定型模具；内模定型模具和外模定型模具设置有相对应的通气孔。该制备方法包括：1、编织纤维布；2、制备纤维预制体；3、制备界面层；4、制备碳化硅层；5、去除定型模具，进行机械加工，制备单头部火焰筒半成品；6、同质连接；7、致密化处理得到目标陶瓷基复合材料单头部火焰筒。基复合材料单头部火焰筒。基复合材料单头部火焰筒。

【技术实现步骤摘要】
用于陶瓷基复合材料单头部火焰筒的定型模具及制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷基复合材料单头部火焰筒的定型制备方法，具体涉及一种用于陶瓷基复合材料单头部火焰筒的定型模具及陶瓷基复合材料单头部火焰筒的制备方法。

技术介绍

[0002]航空发动机燃烧室包含进气装置、壳体、火焰筒、喷嘴和点火器等装置，火焰筒是燃烧室中包容主燃气流的核心部件，受高热环境和气流作用侵蚀最为严重。陶瓷基复合材料具有密度低(2.2～3.0g/cm3)、耐腐蚀、强韧性高、耐热温度高(1150～1350℃)等优势，陶瓷基复合材料密度仅为高温合金的1/3～1/4、耐热温度比高温合金高150～350℃、耐酸碱腐蚀、强韧性高；同时，陶瓷基复合材料在高温燃气环境中反应所生成的氧化物保护膜能够封堵材料表面的裂纹和孔隙，阻止外界氧向材料内部扩散，从而保证构件的高温稳定性和长时使用寿命。因此，采用陶瓷基复合材料制备新一代航空发动机火焰筒已成为必然趋势。
[0003]公告号为CN106966738A的中国专利公开了一种自愈合陶瓷基复合材料燃烧室火焰筒的制备方法，该方法采用化学气相沉积+先驱体浸渍裂解技术(CVI+PIP)制备陶瓷基复合材料火焰筒。该专利采用的先驱体浸渍裂解技术对材料的致密化程度较低，易造成材料内部组织疏松从而降低火焰筒的力学性能且该专利仅从陶瓷基复合材料火焰筒材料制备角度论述，并未从工艺实现角度明确复杂构型的单头部火焰筒的具体成型过程。
[0004]如图1所示为单头部火焰筒结构示意图；单头部火焰筒的筒体为一体式回转体，由内至外包括三层，分别为内部纤维层、界面层和外部碳化硅基层；单头部火焰筒本体的筒壁上设有呈阵列排布的气膜孔02，且一端筒壁上设有多个用于与发动机相应零件连接的装配孔01和注入发动机燃油的电嘴壶部件03，电嘴壶部件03通过碳化硅销钉04。但是，针对单头部火焰筒的结构，制备完整的陶瓷基复合材料单头部火焰筒的工艺较为复杂。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于解决现有技术制备的陶瓷基复合材料单头部火焰筒致密性差，材料内部组织疏松，且针对单头部火焰筒的完整制备的工艺较复杂的技术问题，提出一种用于陶瓷基复合材料单头部火焰筒的定型模具及制备方法。
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]一种用于陶瓷基复合材料单头部火焰筒的定型模具，其特殊之处在于：
[0008]包括内模定型模具、外模定型模具、底盘定型模具和校型定型模具；
[0009]所述内模定型模具的外侧面与所述陶瓷基复合材料单头部火焰筒的内侧面相适配，所述内模定型模具的轴向高度为陶瓷基复合材料单头部火焰筒的轴向高度的1
‑
1.8倍，内模定型模具侧面设置有多个内模通气孔；所述内模定型模具的外侧用于缠绕纤维布；
[0010]所述外模定型模具的外侧面与缠绕纤维布的内模定型模具的外侧面相适配，所述外模定型模具包括多个外模扇形段，所述外模扇形段的上端设置有沿径向向外凸出的上边沿，下端设置有沿径向向外凸出的下边沿，所述上边沿上设置有至少一个轴向第一螺纹孔，
用于与校型定型模具连接，下边沿设置有至少一个轴向第二螺纹孔，用于与底盘定型模具连接；
[0011]所述外模定型模具的轴向高度为陶瓷基复合材料单头部火焰筒的轴向高度的1
‑
1.6倍，外模定型模具设置有多个与内模通气孔相对应的外模通气孔；
[0012]所述底盘定型模具包括第一圆环，所述第一圆环沿周向设置多个与第二螺纹孔对应的第三螺纹孔；所述第一圆环内径与缠绕纤维布的内模定型模具下段外侧相适配；
[0013]所述校型定型模具包括设置在中心的第二圆环和固定在第二圆环上且沿第二圆环径向均布的多个固定杆，所述固定杆具有与第一螺纹孔相对应的第四螺纹孔。
[0014]进一步地，所述上边沿和下边沿均在周向延伸方向的两端设置有向上的凸台，所述凸台上设置有通孔，所述通孔用于紧固相邻的外模扇形段。
[0015]进一步地，所述内模定型模具和外模定型模具的壁厚为4
‑
20mm；
[0016]所述内模通气孔和外模通气孔的直径为4
‑
12mm。
[0017]本专利技术还提供一种用于陶瓷基复合材料单头部火焰筒的制备方法，其特殊之处在于，基于上述的用于陶瓷基复合材料单头部火焰筒的定型模具，具有以下步骤：
[0018]S1、采用纤维束编织纤维布，同时制备内模定型模具、外模定型模具、底盘定型模具和校型定型模具；
[0019]S2、制备内模定型模具、外模定型模具、底盘定型模具和校型定型模具，将步骤1中的纤维布均匀缠绕在内模定型模具的外侧面，缠绕厚度为目标陶瓷基复合材料单头部火焰筒设计厚度的1～1.9倍；采用纤维束通过内模通气孔对纤维布进行对穿缝制，将缠绕纤维布的内模定型模具下端插入底盘定型模具的第一圆环内，再与外模定型模具和校型定型模具合模，制备得纤维预制体；
[0020]S3、采用化学气相沉积在纤维预制体上制备界面层；
[0021]S4、采用熔融渗硅工艺，在界面层表面制备碳化硅基层；
[0022]S5、去除内模定型模具、外模定型模具、底盘定型模具和校型定型模具，得陶瓷基复合材料单头部火焰筒坯料；
[0023]S6、按照目标陶瓷基复合材料单头部火焰筒的形状和大小，对陶瓷基复合材料单头部火焰筒坯料进行加工，并采用激光制孔方式在陶瓷基复合材料单头部火焰筒坯料侧壁上制备气膜孔和电嘴壶孔，得陶瓷基复合材料单头部火焰筒半成品；
[0024]S7、通过碳化硅销钉，将目标陶瓷基复合材料单头部火焰筒的电嘴壶部件与电嘴壶孔连接，再将连接电嘴壶部件的陶瓷基复合材料单头部火焰筒半成品按照步骤S4相同的方式制备碳化硅层，使电嘴壶部件与陶瓷基复合材料单头部火焰筒半成品同质连接；
[0025]S8、采用热处理方式对连接电嘴壶部件的陶瓷基复合材料单头部火焰筒半成品进行致密化处理，得到目标陶瓷基复合材料单头部火焰筒。
[0026]进一步地，步骤S1中所述编织纤维布的原料为碳纤维束，相对应的，步骤S3中所述采用化学气相沉积制备的界面层为热解碳界面层；
[0027]或步骤S1中所述编织纤维布的原料为碳化硅纤维束，相对应的，步骤S3中所述采用化学气相沉积制备的界面层为氮化硼界面层。
[0028]进一步地，所述热解碳界面层制备工艺为：将纤维预制体置于化学气相沉积设备中，在压力为50
‑
1000Pa条件下升温至400
‑
650℃，保温1
‑
2h后，依次通入丙烯、氩气，丙烯流
量3
‑
8L/min，氩气流量5
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20L/min，沉积20
‑
50h后继续保温2h，降温至室温；以上制备过程循环执行1
‑
4次；
[0029]所述氮化硼界面层的制备工艺为：将纤维预制体置于化学气相沉积设备中，在压力为50
‑
1000Pa条件下升本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于陶瓷基复合材料单头部火焰筒的定型模具，其特征在于：包括内模定型模具(2)、外模定型模具、底盘定型模具(1)和校型定型模具(4)；所述内模定型模具(2)的外侧面与所述陶瓷基复合材料单头部火焰筒的内侧面相适配，所述内模定型模具(2)的轴向高度为陶瓷基复合材料单头部火焰筒的轴向高度的1
‑
1.8倍，内模定型模具(2)侧面设置有多个内模通气孔；所述内模定型模具(2)的外侧用于缠绕纤维布；所述外模定型模具的内侧面与缠绕纤维布的内模定型模具(2)的外侧面相适配，所述外模定型模具包括多个外模扇形段(3)，所述外模扇形段(3)的上端设置有沿径向向外凸出的上边沿(32)，下端设置有沿径向向外凸出的下边沿(34)，所述上边沿(32)上设置有至少一个轴向第一螺纹孔(31)，用于与校型定型模具(4)连接，下边沿(34)设置有至少一个轴向第二螺纹孔(33)，用于与底盘定型模具(1)连接；所述外模定型模具的轴向高度为陶瓷基复合材料单头部火焰筒的轴向高度的1
‑
1.6倍，外模定型模具设置有多个与内模通气孔相对应的外模通气孔；所述底盘定型模具(1)包括第一圆环，所述第一圆环沿周向设置多个与第二螺纹孔(33)对应的第三螺纹孔(11)；所述第一圆环内径与缠绕纤维布的内模定型模具(2)下段外侧相适配；所述校型定型模具(4)包括设置在中心的第二圆环(41)和固定在第二圆环(41)上且沿第二圆环(41)径向均布的多个固定杆(42)，所述固定杆(42)具有与第一螺纹孔(31)相对应的第四螺纹孔(43)。2.根据权利要求1所述的用于陶瓷基复合材料单头部火焰筒的定型模具，其特征在于：所述上边沿(32)和下边沿(34)均在周向延伸方向的两端设置有向上的凸台，所述凸台上设置有通孔，所述通孔用于紧固相邻的外模扇形段(3)。3.根据权利要求1或2所述的用于陶瓷基复合材料单头部火焰筒的定型模具，其特征在于：所述内模定型模具(2)和外模定型模具的壁厚为4
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20mm；所述内模通气孔和外模通气孔的直径为4
‑
12mm。4.一种用于陶瓷基复合材料单头部火焰筒的制备方法，其特征在于，基于权利要求1
‑
3任一所述的用于陶瓷基复合材料单头部火焰筒的定型模具，具有以下步骤：S1、采用纤维束编织纤维布，同时制备内模定型模具(2)、外模定型模具、底盘定型模具(1)和校型定型模具(4)；S2、将步骤1中的纤维布均匀缠绕在内模定型模具(2)的外侧面，缠绕厚度为目标陶瓷基复合材料单头部火焰筒设计厚度的1～1.9倍；采用纤维束通过内模通气孔对纤维布进行对穿缝制，将缠绕纤维布的内模定型模具(2)下端插入底盘定型模具(1)的第一圆环内，再与外模定型模具和校型定型模具(4)合模，制备得纤维预制体；S3、采用化学气相沉积在纤维预制体上制备界面层；S4、采用熔融渗硅工艺，在界面层表面制备碳化硅基层；S5、去除内模定型模具(2)、外模定型模具、底盘定型模具(1)和校型定型模具(4)，得陶瓷基复合材料单头部火焰筒坯料；S6、按照目标陶瓷基复合材料单头部火焰筒的形状和大小，对陶瓷基复合材料单头部
火焰筒坯料进行加工，并采用激光制孔方式在陶瓷基复合材料单头部火焰筒坯料侧壁上制备气膜孔和电嘴壶孔，得陶瓷基复合材料单头部火焰筒半成品；S7、通过碳化硅销钉，将目标陶瓷基复合材料单头部火焰筒的电嘴壶部件与电嘴壶孔连接，再将连接电嘴壶部件的陶瓷基复合材料单头部火焰筒半成品按照步骤S4相同的方式制备碳化硅层，使电嘴壶部件与陶瓷基复合材料单头部火焰筒半成品同质连接；S8、采用热处理方式对连接电嘴壶部件的陶瓷基复合材料单头部火焰筒半成品进行致密化处理，得到目标陶瓷基复合材料单头部火焰筒。5.根据权利要求4所述的用于陶瓷基复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍达，刘持栋，张毅，涂建勇，何江怡，成来飞，
申请(专利权)人：西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：