一种二维碳化硅/碳化硅复合材料螺母的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种复合材料紧固件制备方法，尤其涉及一种二维碳化硅/碳化硅复合材螺母制备方法。通过优化预制体类型、定型及制备工艺、引入B4C自愈合组元等手段，显著提高产品密度均匀性、力学性能和高温环境下的使用寿命，并且缩短制备周期，节约成本。可应用于超高温、氧化环境和高承载条件下复合材料产品的连接装配。配。

【技术实现步骤摘要】
一种二维碳化硅/碳化硅复合材料螺母的制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料紧固件制备领域，尤其涉及一种二维碳化硅/碳化硅复合材螺母的制备方法。

技术介绍

[0002]陶瓷基复合材料是一种兼有金属材料、陶瓷材料和碳材料性能优点的热结构/功能一体化新型战略材料，具有耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化、抗烧蚀、对裂纹不敏感及不发生灾难性毁损等特点，在航空、航天、卫星宇航、核能及光伏等领域有着广泛的应用。
[0003]由于受目前复合材料编织成型工艺技术的限制，难以利用陶瓷基复合材料进行大尺寸、精密、复杂产品构件的整体制备。因此，为满足未来航空航天领域飞行器对连接件提出的更高服役温度及力学性能要求，制备高性能、低成本的复材连接件对复合材料尤其对于陶瓷基复材工程化应用具有重要意义。
[0004]目前复合材料螺母多采用三维针刺碳/碳化硅复合材料制备而成；而在公告号为CN111169038A的专利技术专利中公开了一种纤维增强树脂基复合材料螺母，其包括内部芯材和缠绕在内部芯材外部的复合缠绕层，其制备方法过程复杂，且制备效率低，耐高温性能差，不利于工业化生产。
[0005]传统的三维针刺碳/碳化硅复合材料螺母的制备方法简述如下：选用三维针刺碳毡预制体，预制体由胎网、单层0
°
无纬布、单层胎网、单层90
°
无纬布和单层胎网交替循环叠加至设计厚度。其中网胎采用T700SC/12K短切碳纤维(长度70
‑
90mm)气纺工艺制备，无纬布采用T700SC/6K碳纤维制备。网胎与无纬布之间使用钩针接力针刺以提高层间结合。采用CVI工艺制备热解碳界面层及碳化硅基体，致密化至一定密度时，加工螺母尺寸。通过该制备方法制备的螺母密度不均匀，导致同批次螺母性能差异大，同时该制备方法过程复杂，生产周期长，不利于工业化生产。

技术实现思路

[0006]为了进一步提升陶瓷基复合材料连接件的强度，满足未来航空航天领域新一代飞行器在更严苛服役环境下对连接件性能的要求，克服现有三维针刺碳/碳化硅复合材料螺母生产周期长、性能差异大等缺点，本专利技术提供了一种二维碳化硅/碳化硅复合材料螺母制备方法。
[0007]本专利技术的技术方案是提供一种二维碳化硅/碳化硅复合材料螺母制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0008]步骤1、二维碳化硅/碳化硅铺层板料预制体制备
[0009]步骤1.1、将多层碳化硅布叠层，每层碳化硅布之间的夹角为直角或锐角；
[0010]步骤1.2、将多层碳化硅布叠层至设计厚度，设计厚度为螺母厚度加0.5mm～1mm；
[0011]步骤1.3、使用碳纤维垂直于叠层后的碳化硅布穿刺缝制；
[0012]步骤2、沉积BN界面层
[0013]对步骤1制备完成的二维碳化硅/碳化硅铺层板料预制体进行BN界面层沉积，得到有BN界面层的预制体；
[0014]步骤3、沉积SiC基体
[0015]对步骤2制备完成的有BN界面层的预制体进行碳化硅基体沉积；形成单层二维碳化硅/碳化硅复合材料毛坯平板；
[0016]步骤4、沉积B4C基体
[0017]在步骤3制备的单层二维碳化硅/碳化硅复合材料毛坯平板上沉积B4C基体；
[0018]步骤5、半精加工
[0019]对经步骤4沉积完B4C基体的毛坯进行半精加工，将其制成中心带有螺纹底孔的半成品螺母毛坯；
[0020]步骤6、沉积SiC基体
[0021]对半精加工后的半成品螺母毛坯沉积碳化硅基体，得到螺母预制体；
[0022]步骤7、精加工
[0023]对经步骤6制备的螺母预制体进行精加工，制备螺纹；其中，可以选择采用金刚石丝锥攻丝的方式制备螺纹，丝锥转速：50～100r/min，丝锥进给量＝转速
×
螺距；
[0024]步骤8、沉积SiC涂层
[0025]对步骤7精加工的螺母外观沉积碳化硅防氧化涂层，沉积时为间40～60h，沉积温度为800～1200℃，反应气体为三氯甲基硅烷、氩气和/或氢气。
[0026]进一步地，所述步骤1.3中，使用碳纤维垂直于叠层后的碳化硅布穿刺缝制具体是：先将多层碳化硅布叠层用经高温处理的且设置有缝制孔的平板模具加压紧，再用弓形夹进行固定，固定后裁剪去除模具四周边缘的碳化硅布，裁剪时至少保留2mm用于锁边；裁剪后先采原位缝制法进行缝制，缝制时碳纤维头部蘸水，每孔一针；缝制完成后利用头部蘸水的碳纤维对预留锁边的碳化硅布进行锁边。
[0027]进一步地，所述步骤1.1中将多层碳化硅布叠层中，碳化硅布叠层的层数N应满足：N＝h
o
/h+4，其中h0：表示螺母厚度；h：表示碳化硅布单层厚度；h
o
/h计算结果舍去小数点后位数取整数。
[0028]进一步地，所述步骤1.1中，所述相邻叠层碳化硅布的相对旋转角度为90
°
、60
°
、45
°
或30
°
。
[0029]进一步地，所述步骤5中，半精加工步骤4制备的板材毛坯，形成外型为正六边形(但不限于正六边形)，中心带有螺纹底孔的半成品螺母毛坯料，螺纹底孔＝公称直径
‑
1.15
×
螺距。
[0030]进一步地，所述步骤2沉积BN界面层具体是：
[0031]通过界面层沉积炉在二维碳化硅/碳化硅铺层板料预制体上沉积BN界面层，沉积前炉腔真空度为200Pa～320Pa，沉积温度590～680℃，以氨气、三氯化硼气体和/或氢气作为沉积气体及催化载体，气体流量为0.1～0.5L/min，辅以0.1L/min～0.2L/min的氩气作为反应保护气体，沉积时间为40～55h，得到有BN界面层的板状或长条状预制体。
[0032]进一步地，所述步骤3沉积SiC基体具体是：
[0033]通过CVI沉积炉在步骤2制备的预制体上沉积碳化硅基体，沉积温度为800～1200
℃，真空度小于600
‑
1000Pa，以流量为0.2L/min～0.5L/min的氩气作为反应保护气体，以流量为0.25L/min～0.5L/min的H2为载体气体，将三氯甲基硅烷送入沉积炉与氢气发生反应，沉积时间为40～60h，生成碳化硅基体。
[0034]进一步地，所述步骤4沉积B4C基体具体是：
[0035]通过CVI沉积炉在棒料毛坯上沉积SiC/B4C基体，沉积前炉腔真空度为200Pa
‑
550Pa，沉积温度750～850℃，以三氯甲基硅烷、甲烷、三氯化硼气体和/或氢气作为沉积气体及催化载体，气体流量为0.2～0.7L/min，辅以0.4L/min～1.2L/min的氩气作为反应保护气体，沉积时间为60h～85h。
[0036]进一步地，所述步骤6沉积SiC基体具体是：将步骤5制备完成的半成品螺母毛坯置于CVI沉积炉，对其沉积碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维碳化硅/碳化硅复合材料螺母制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：步骤1、二维碳化硅/碳化硅铺层板料预制体制备步骤1.1、将多层碳化硅布叠层，每层碳化硅布之间的夹角为直角或锐角；步骤1.2、将多层碳化硅布叠层至设计厚度，设计厚度为螺母厚度加0.5mm～1mm；步骤1.3、使用碳纤维垂直于叠层后的碳化硅布穿刺缝制；步骤2、沉积BN界面层对步骤1制备完成的二维碳化硅/碳化硅铺层板料预制体进行BN界面层沉积，得到有BN界面层的预制体；步骤3、沉积SiC基体对步骤2制备完成的有BN界面层的预制体进行碳化硅基体沉积；形成单层二维碳化硅/碳化硅复合材料毛坯平板；步骤4、沉积B4C基体在步骤3制备的单层二维碳化硅/碳化硅复合材料毛坯平板上沉积B4C基体；步骤5、半精加工对经步骤4沉积完B4C基体的毛坯进行半精加工，将其制成中心带有螺纹底孔的半成品螺母毛坯；步骤6、沉积SiC基体对半精加工后的半成品螺母毛坯沉积碳化硅基体，得到螺母预制体；步骤7、精加工对经步骤6制备的螺母预制体进行精加工，制备螺纹；步骤8、沉积SiC涂层对步骤7精加工的螺母外观沉积碳化硅防氧化涂层，沉积时为间40～60h，沉积温度为800～1200℃，反应气体为三氯甲基硅烷、氩气和/或氢气。2.根据权利要求1所述的二维碳化硅/碳化硅复合材料螺母制备方法，其特殊之处在于：所述步骤1.3中，使用碳纤维垂直于叠层后的碳化硅布穿刺缝制具体是：先将多层碳化硅布叠层用经高温处理的且设置有缝制孔的平板模具加压紧，再用弓形夹进行固定，固定后裁剪去除模具四周边缘的碳化硅布，裁剪时至少保留2mm用于锁边；裁剪后先采原位缝制法进行缝制，缝制时碳纤维头部蘸水，每孔一针；缝制完成后利用头部蘸水的碳纤维对预留锁边的碳化硅布进行锁边。3.根据权利要求1所述的二维碳化硅/碳化硅复合材料螺母制备方法，其特殊之处在于：所述步骤1.1中将多层碳化硅布叠层中，碳化硅布叠层的层数N应满足：N＝h
o
/h+4，其中h0：表示螺母厚度；h：表示碳化硅布单层厚度；h
o
/h计算结果舍去小数点后位数取整数。4.根据权利要求1至3任一所述的二维碳化硅/碳化硅复合材料螺母制备方法，其特殊之处在于，所述步骤1.1中，所述相邻叠层碳化硅布的相对旋转角度为90
°
、60
°
、45
°
或30
°
。5.根据权利要求4所述的二维碳化硅/碳化硅复合材料螺母制备方法，其特殊之处在于：所述步骤5中，中心带...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋海龙，杨攀，史思涛，许建锋，张少博，张伟强，马文科，吴亚明，付志强，
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：