一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114920576A(43)申请公布日2022.08.19(21)申请号202210487059.2(22)申请日2022.05.06(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人张中伟杨玉平武豪庞旭苏耿李玮洁(74)专利代理机构北京圣州专利代理事务所(普通合伙)11818专利代理师王宇航(51)Int.Cl.C04B38/00(2006.01)C04B35/80(2006.01)C04B35/573(2006.01)C04B35/622(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法(57)摘要本发明公开了一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，包括以下步骤：首先将碳纤维预制体蒙皮用石墨模具夹持定型，进行热解碳界面制备，之后使用CVI工艺沉积碳化硅基体，设定沉积温度800～1000℃；预制体蜂窝低应力工艺沉积碳化硅基体：在蜂窝预制体沉积热解碳界面，之后使用化学气相沉积制备碳化硅基体，得到碳/碳化硅蜂窝；使用高温胶粘剂将碳/碳化硅蒙皮和碳/碳化硅蜂窝一体化集成得到碳/碳化硅蜂窝夹层结构；调控蜂窝夹层参数控制具备优异高温力学性能的碳/碳化硅蜂窝夹层结构。本发明采用采用了层间连接工艺制备蒙皮预制体和蜂窝预制体，实现了蜂窝的整体编织，有效地解决了碳纤维复合材料蜂窝W向节点脱粘破坏的问题。CN114920576ACN114920576A权利要求书1/2页1.一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、预制体蒙皮低应力工艺沉积碳化硅基体：首先将碳纤维预制体蒙皮用石墨模具夹持定型，进行热解碳界面制备，之后使用CVI工艺沉积碳化硅基体，设定沉积温度800～1000℃，得到碳/碳化硅蒙皮；S2、预制体蜂窝低应力工艺沉积碳化硅基体：首先在蜂窝预制体沉积热解碳界面，之后使用化学气相沉积制备碳化硅基体，得到碳/碳化硅蜂窝；S3、使用高温胶粘剂将碳/碳化硅蒙皮和碳/碳化硅蜂窝一体化集成，固化升温温度为2℃/min，升温至250℃，固化4h，得到碳/碳化硅蜂窝夹层结构；S4、调控蜂窝夹层参数控制具备优异高温力学性能的碳/碳化硅蜂窝夹层结构。2.根据权利要求1所述的一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于：碳/碳化硅蒙皮和碳/碳化硅蜂窝采用层间连接工艺制备，将碳/碳化硅蒙皮预制体和碳/碳化硅蜂窝预制体编织成型，编织参数包括蜂窝芯格尺寸、蜂窝芯格纤维取向、层间纤维体积含量、蜂窝芯侧壁纤维方向及配比，通过以下两个阶段提升碳纤维与碳化硅基体间结合力与材料抗氧化性能，其中第一阶段为CVI沉积热解碳界面，第二阶段为基于化学气相沉积工艺沉积碳化硅基体，通过控制成型温度、界面厚度和裂解抑制气体含量，开发低应力成型方法制备碳/碳化硅蒙皮与碳/碳化硅蜂窝。3.根据权利要求2所述的一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于：成型温度范围为800℃～1000℃，热解碳界面厚度100nm～500nm，裂解抑制气体为氢气，体积分数范围为5％～20％。4.根据权利要求2所述的一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于：所述碳/碳化硅蒙皮预制体的编织成型方法为2.5D编织、3D编织或针刺中的任意一种。5.根据权利要求2所述的一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于：所述碳/碳化硅蒙皮预制体和碳/碳化硅蜂窝预制体的原材料均为T300纤维、T700纤维、T800纤维中的任意一种或至少两种的组合。6.根据权利要求2所述的一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于：所述碳/碳化硅蜂窝预制体的编织成型方法为2.5D编织、三维编织或三维机织中一种。7.根据权利要求2所述的一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于：蜂窝芯侧壁纤维方向包含[0/90]ns、[30/‑30]ns、[+45/‑45]ns和[+60/‑60]ns，层间纤维体积含量表示引入层间的纤维含量为2％～10％，蜂窝芯格尺寸包含蜂窝芯格边长、厚度、高度范围分别为2mm～30mm、0.1mm～1.0mm、20mm～100mm。8.根据权利要求2所述的一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于：碳/碳化硅蜂窝的体积密度范围为50kg/m3～250kg/m3。9.根据权利要求1所述的一种新型碳/碳化硅蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于，将制备的碳/碳化硅蜂窝及夹层结构进行室温力学性能测试，性能满足如下指标：(1)室温下，碳/碳化硅蜂窝的压缩强度≥8MPa，压缩模量≥900MPa，剪切强度≥5MPa，剪切模量≥500MPa；(2)室温下，碳/碳化硅蜂窝夹层结构的压缩强度≥11MP