【技术实现步骤摘要】
本申请涉及陶瓷基复合材料制造的，特别是一种陶瓷基复合材料光固化成型方法。
技术介绍
1、连续纤维增强陶瓷基复合材料因其力学性能好、耐温等级高、抗氧化及烧蚀性能强等诸多优点，因此它作为耐高温结构材料在航空、航天工业和能源工业等领域的应用具有巨大的潜力。连续纤维增强陶瓷基复合材料已成为新一代临近空间飞行器热结构的首选材料方案。
2、目前陶瓷基复合材料多采用pip工艺制造，在一定温度和压力下，以碳纤维预制件为骨架，采用有机前驱体溶液进行浸渍，交联固化后，在惰性气体保护下进行高温裂解，使前驱体转化为陶瓷基体。pip工艺成本低、设备要求简单，前驱体分子可设计，可以制造大型复杂形状构件。但由于传统前驱体裂解过程中小分子的溢出，同时裂解产物密度增大，导致前驱体裂解后体积收缩，在材料制造过程中形成孔隙和缺陷，影响了陶瓷基复合材料的性能，成为pip制造陶瓷基复合材料面临的主要挑战。为了获得致密度高的复合材料，需经重复“浸渍-固化-裂解”工艺数个周期以得到致密的陶瓷基复合材料。陶瓷基复合材料在浸渍工艺后，需要在复合材料表面增加金属工装经高温固化处理，固化工艺完成后再次替换为石墨工装进行高温裂解。在此过程中，固化工艺耗时较长且工序复杂。
技术实现思路
1、本申请提供一种陶瓷基复合材料光固化成型方法，目的是提供一种陶瓷基复合材料的替代成型方案，可以克服现有陶瓷基复合材料固化工艺技术的上不足。
2、第一方面，提供了一种陶瓷基复合材料光固化成型方法，包括：
3、浸渍工艺：将
4、紫外光固化工艺：将制造好的可紫外光前驱体溶液喷涂在浸渍后的复合材料表面，将紫外光在复合材料表面进行辐照，以在复合材料表面形成防护层，最后将复合材料置于石墨工装内；
5、高温裂解工艺：将装有复合材料的石墨工装装入高温炉，按照高温裂解制度进行高温裂解，最终得到陶瓷基复合材料。
6、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述紫外光固化工艺满足以下至少一项：
7、在复合材料表面0.1cm-10cm处进行紫外辐照；
8、紫外光的光强为30-80mw/cm3；
9、辐照时间为2-30min；
10、辐照角度为-45°～+45°；
11、喷涂可紫外光前驱体溶液的次数控制在3-20次。
12、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，紫外光固化得到的防护层的厚度为30-600μm。
13、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，最终得到陶瓷基复合材料用于飞行器的隔热部件，防护层的厚度为30-150μm。
14、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，最终得到陶瓷基复合材料用于飞行器的防热结构部件，防护层的厚度为150-600μm。
15、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述浸渍基体溶液包括以下有机前驱体溶液中的至少一种：聚碳硅烷、聚硼硅氮烷、聚硅氮烷。
16、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述纤维预制体所使用的纤维包括以下中的至少一种：碳纤维、碳化硅纤维、含al陶瓷纤维、含hf陶瓷纤维、含zr陶瓷纤维、含ti陶瓷纤维。
17、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述可紫外光前驱体为含有丙烯酸单体的树脂。
18、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述可紫外光前驱体包括以下至少一种：含丙烯酸基团的sic陶瓷前驱体，含丙烯酸基团的sibcn陶瓷前驱体、丙烯酸树脂。
19、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，高温裂解制度包括两个阶段，第一阶段，将复合材料以2-15℃/min的升温速率升温至150-350℃，保温1-4h，第二阶段，将复合材料以5-10℃/min的升温速率升温至800-1100℃。
20、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，陶瓷基复合材料的制造步骤包括多个工艺轮次，多个工艺轮次包括工艺轮次a和工艺轮次b，工艺轮次a为浸渍工艺-紫外光固化工艺-高温裂解工艺，工艺轮次b为浸渍工艺-热固化工艺-高温裂解工艺；工艺轮次b在工艺轮次a之前执行。
21、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述热固化工艺包括：将浸渍好的复合材料放入金属工装中，置于烘箱中在300～400℃下固化2～4h，待热固化工艺结束后将复合材料从烘箱中取出，重新装入石墨工装。
22、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，工艺轮次b全部执行完后执行工艺轮次a，在浸渍基体增重率＜10％的阶段使用工艺轮次a。
23、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，工艺轮次b的执行次数为2～4次；工艺轮次a的执行次数为1～4次。
24、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，工艺轮次b全部执行完后，复合材料密度大于1.3g/cm3。
25、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，工艺轮次b全部执行完后，复合材料最终孔隙率为5～30％。
26、第二方面，提供了一种陶瓷基复合材料，所述陶瓷基复合材料通过如上述第一方面中的任意一种实现方式中所述的方法制备得到。
27、第三方面，提供了一种飞行器，所述飞行器包括如上述第二方面中的任意一种实现方式中所述的陶瓷基复合材料，所述陶瓷基复合材料应用于所述飞行器的隔热部件或防热结构部件。
28、与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：
29、(1)本专利技术简化了固化工艺，仅通过前驱体紫外光固化在复合材料表面制造防护层，通过防护层防止浸渍基体溢流。
30、(2)本专利技术通过紫外光固化制造防护层，减少复合材料在高温裂解过程中浸渍基体中的小分子挥发，提升复合材料的制造效率。
31、(3)本专利技术制造的防护层可通过紫外光固化，固化失重率低，固化工艺简单，固化时间短，耗能低。
32、(4)本专利技术制造的防护层，可通过调整喷涂的前驱体种类以及喷涂次数有效控制防护层厚度，进而控制浸渍基体小分子的挥发速率。
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1.一种陶瓷基复合材料光固化成型方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紫外光固化工艺满足以下至少一项：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，最终得到陶瓷基复合材料满足以下任一项：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸渍基体溶液包括以下有机前驱体溶液中的至少一种：聚碳硅烷、聚硼硅氮烷、聚硅氮烷。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维预制体所使用的纤维包括以下中的至少一种：碳纤维、碳化硅纤维、含Al陶瓷纤维、含Hf陶瓷纤维、含Zr陶瓷纤维、含Ti陶瓷纤维。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可紫外光前驱体为含有丙烯酸单体的树脂。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可紫外光前驱体包括以下至少一种：含丙烯酸基团的SiC陶瓷前驱体，含丙烯酸基团的SiBCN陶瓷前驱体、丙烯酸树脂。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，陶瓷基复合材料的制造步骤包括多个工艺轮次，多个工艺轮次包括工艺轮次A和工艺轮次B，工艺
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法满足以下至少一项：
10.一种陶瓷基复合材料，其特征在于，所述陶瓷基复合材料通过如权利要求1至9中任一项所述的方法制备得到。
11.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器包括如权利要求10所述的陶瓷基复合材料，所述陶瓷基复合材料应用于所述飞行器的隔热部件或防热结构部件。
...【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基复合材料光固化成型方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紫外光固化工艺满足以下至少一项：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，最终得到陶瓷基复合材料满足以下任一项：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸渍基体溶液包括以下有机前驱体溶液中的至少一种：聚碳硅烷、聚硼硅氮烷、聚硅氮烷。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维预制体所使用的纤维包括以下中的至少一种：碳纤维、碳化硅纤维、含al陶瓷纤维、含hf陶瓷纤维、含zr陶瓷纤维、含ti陶瓷纤维。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可紫外光前驱体为含有丙烯酸单体的树脂。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可紫外光前驱体...
【专利技术属性】
技术研发人员：李媛，李军平，胡继东，朱世鹏，许艺芬，武婧书，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，
类型：发明
国别省市：
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