CN104048122A - 一种SiC陶瓷基复合材料镍法兰及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SiC陶瓷基复合材料镍法兰,其特征在于由SiC陶瓷基复合材料法兰骨架和骨架外围镍铸层所构成,与复合材料原有法兰形成卡口结构。所述的SiC陶瓷基复合材料法兰骨架外围镍铸层采用电铸方法成型,厚度为2~10mm。一种SiC陶瓷基复合材料镍法兰的制备方法包括下述顺序的步骤:在法兰端面、颈部和内部管道等不需电镀的部分用绝缘胶布粘覆,在裙部缠绕导电胶布,胶布中压入电极;将直流稳压电源的输出接口分别连接裙部的电极和插入镀液的镍靶,形成闭合回路并接通电源;一定时间后取出具有外围镍铸层的法兰材料,用蒸馏水冲洗干净并烘干,得到一种SiC陶瓷基复合材料镍法兰。该方法工艺简单,操作简便,成本低廉。

Description

一种SiC陶瓷基复合材料镍法兰及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镍法兰及其制备方法,特别是涉及一种SiC陶瓷基复合材料镍法兰及其制备方法。 
背景技术
高性能动力是发展先进航空和航天器的基础,提高航空发动机的推重比和火箭发动机的冲质比是改善先进航空和航天器性能的必经之路,这些都要求不断降低发动机的结构重量和提高发动机构件的耐温能力。因此,发展耐高温、低密度的新型超高温复合材料来接替高温合金和难容金属材料,成为发展高性能发动机的关键和基础。国际普遍认为,SiC陶瓷基复合材料是发动机高温结构材料的技术制高点之一,可以反映一个国家先进航空航天器和先进武器制备的设计和制造能力。 
但是,SiC是一种半导体,焊接性能差,尤其是与金属焊接过程中,需要表面导电处理,工艺复杂,成功率低。而作为结构复杂的航空航天器动力系统,许多发挥举足轻重作用的金属构件仍然是其它材料无法替代的,所以,要发挥整个系统的最优效能,如何实现陶瓷基复合材料与金属构件的可靠连接是亟待解决的问题。 
现阶段通常是通过法兰等机械的连接方式实现陶瓷基复合材料与金属构件的连接,但是陶瓷基法兰与金属法兰的卡口往往由于材料性能的差别,法兰各部分会产生膨胀系数、机械强度等巨大的差异,从而导致材料整体气密性差、法兰卡口结构易损坏等问题。 
公开号为102287599A的中国发明专利公开了提出了一种法兰连接密封装置,包括法兰座和法兰盖,该法兰连接密封装置,在法兰座内壁上设置有通道,通道的上端与抽液管连通,通道的下端与罐体连通。本发明的法兰连接装置在法兰座内壁形成一个通道,通道下部与罐体气相空间相通,通道上部与抽液管气相空间相通,这样在工作过程中罐体内气相空间压力与抽液管气相空间压力总能保持平衡,介质不至于被罐体内部压力压出抽液装置外;密封垫通过压盖固定在法兰盖凹槽内,法兰盖上有一个T形槽,压盖通过紧固件紧贴法兰盖,能有效避免密封垫脱落。 
公开号为102777451A的中国发明专利提供了一种法兰,其包括主体部,所述主体部包括穿透所述主体部的安装通孔、及位于所述安装通孔外围的减重通孔,所述安装通孔的横截面为圆形,所述减重通孔横截面为包括方形区以及设置于长方形两侧的半圆区。本发明所提供的法兰,通过设置减重通孔降低了法兰的重量,同时设置减重通孔的数量为四个,并均匀 分布于法兰主体部,保证了法兰各部分的机械强度保持一致,保证法兰整体的牢固以及使用寿命。 
发明内容
本发明旨在克服SiC陶瓷基复合材料焊接性能差的问题,提供一种SiC陶瓷基复合材料镍法兰及其制备方法。所述的镍法兰是由SiC陶瓷基复合材料法兰骨架和骨架外围镍铸层所构成。其中,SiC陶瓷基复合材料法兰可以是复合材料一体化成型的法兰,也可以是经加工或连接的法兰。该陶瓷基复合材料镍法兰,与复合材料原有法兰形成卡口结构,气密性好,结合牢固。 
本SiC陶瓷基复合材料镍法兰采用电铸方法成型,其基本外形主要仿照液体火箭发动机喷管。电铸前,在SiC陶瓷基复合材料法兰端面10、颈部30和内部管道等不需电镀的部分用绝缘胶布粘覆,在裙部40缠绕导电胶布,胶布中压入电极。电铸镍时,SiC陶瓷基复合材料作为阴极,只有端面粘覆有绝缘胶布的法兰结构与镀液接触。电铸结束后,SiC陶瓷基复合材料法兰外围均匀地结合有2~10mm的致密镍层,该镍层良好地遗传了骨架法兰的外围结构,可以与不锈钢或其它金属构件焊接,焊接方法可以是钎焊,也可以使电阻焊。 
本发明提供一种SiC陶瓷基复合材料镍法兰的制备方法,其特征在于包括下述顺序的步骤: 
(1)在法兰端面10、颈部30和内部管道等不需电镀的部分用绝缘胶布粘覆,在裙部40缠绕导电胶布,胶布中压入电极; 
(2)将直流稳压电源的输出接口分别连接裙部的电极和插入镀液的镍靶,以SiC陶瓷基复合材料为阴极和基底,以镍靶为阳极,与镀镍溶液形电流的成闭合回路; 
(3)接通电源,在SiC陶瓷基复合材料法兰外围均匀地沉积2~10mm的致密镍层; 
(4)取出具有外围镍铸层的法兰材料,用蒸馏水冲洗干净并烘干,得到一种SiC陶瓷基复合材料镍法兰。 
本发明的主要优点是:①该陶瓷基复合材料镍法兰,与复合材料原有法兰形成卡口结构,气密性好,结合牢固;②仅仅在法兰外围镀上有效铸层,经济环保,效率大幅度提高;③在SiC陶瓷基复合材料法兰外围制备一厚度的镍铸层,有效克服SiC陶瓷基复合材料焊接性能差的问题,可以实现与不锈钢或其它金属构件焊接;④采用电铸的制备方法,工艺简单,操作简便,成本低廉。 
附图说明
图1为一种SiC陶瓷基复合材料镍法兰及其与其它构件焊接示意图。 
图示(a)中:10为法兰端面;20为法兰外围镍铸层;30为喷管形SiC陶瓷基复合材料构件颈部;40为喷管形SiC陶瓷基复合材料构件裙部。 
图示(b)中:11为内部刻有凹槽的金属构件;12为SiC陶瓷基复合材料镍法兰与金属构件的焊接连接处;13为具有镍法兰的喷管形SiC陶瓷基复合材料构件。 
图2为法兰外围镍铸层的制备装置示意图。 
图示21为贴有胶布和电极处理的SiC陶瓷基复合材料构件;22为镍靶;23为电解槽;24为镀镍溶液。 
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐明本发明,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。 
实施例1 
(1)在法兰端面10、颈部30和内部管道等不需电镀的部分用绝缘胶布粘覆,在裙部40缠绕导电胶布,在导电胶布中围绕裙部压入4块导电电极; 
(2)将直流稳压电源的输出接口分别连接裙部的电极和插入镀液的镍靶,以SiC陶瓷基复合材料为阴极和基底,以镍靶为阳极,与镀镍溶液形电流的成闭合回路; 
(3)接通电源,在SiC陶瓷基复合材料法兰外围均匀地沉积5mm的致密镍层; 
(4)取出具有外围镍铸层的法兰材料,用蒸馏水冲洗干净并烘干,得到一种SiC陶瓷基复合材料镍法兰。 
上述方法制得的镍法兰是由SiC陶瓷基复合材料法兰骨架和骨架外围镍铸层所构成,与复合材料原有法兰形成卡口结构,可以与不锈钢或其它金属构件焊接,气密性好,结合牢固。 
实施例2 
(1)在法兰端面10、颈部30和内部管道等不需电镀的部分用绝缘胶布粘覆,在裙部40缠绕导电胶布,在导电胶布中围绕裙部压入6块导电电极; 
(2)将直流稳压电源的输出接口分别连接裙部的电极和插入镀液的镍靶,以SiC陶瓷基复合材料为阴极和基底,以镍靶为阳极,与镀镍溶液形电流的成闭合回路; 
(3)接通电源,在SiC陶瓷基复合材料法兰外围均匀地沉积6mm的致密镍层; 
(4)取出具有外围镍铸层的法兰材料,用蒸馏水冲洗干净并烘干,得到一种SiC陶瓷基复合材料镍法兰。 
上述方法制得的镍法兰是由SiC陶瓷基复合材料法兰骨架和骨架外围镍铸层所构成,与复合材料原有法兰形成卡口结构,可以与不锈钢或其它金属构件焊接,气密性好,结合牢固。 
上述仅为本发明两个具体实施方式,但本发明的设计构思并不局限于此,凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动,均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。 

Claims (7)

1.一种SiC陶瓷基复合材料镍法兰,其特征在于由SiC陶瓷基复合材料法兰骨架和骨架外围镍铸层所构成,与复合材料原有法兰形成卡口结构。 
2.根据权利要求1所述的镍法兰,其特征在于所述的SiC陶瓷基复合材料法兰骨架可以是SiC陶瓷基复合材料一体化成型的法兰,也可以是经加工或连接的法兰。 
3.根据权利要求1所述的镍法兰,其特征在于所述的SiC陶瓷基复合材料法兰骨架外围镍铸层采用电铸方法成型,厚度为2~10mm。 
4.根据权利要求1所述的镍法兰,其特征在于电铸外围镍铸层前,在SiC陶瓷基复合材料法兰端面10、颈部30和内部管道等不需电镀的部分用绝缘胶布粘覆,在裙部40缠绕导电胶布,胶布中压入电极。 
5.根据权利要求1所述的镍法兰,其特征在于电铸镍时,SiC陶瓷基复合材料作为阴极,只有端面粘覆有绝缘胶布的法兰结构与镀液接触。 
6.根据权利要求1所述的镍法兰,其特征在于所述的铸镍层良好地遗传了骨架法兰的外围结构,可以与不锈钢或其它金属构件焊接,焊接方法可以是钎焊,也可以使电阻焊。 
7.一种SiC陶瓷基复合材料镍法兰的制备方法,其特征在于包括下述顺序的步骤: 
(1)在法兰端面10、颈部30和内部管道等不需电镀的部分用绝缘胶布粘覆,在裙部40缠绕导电胶布,胶布中压入电极; 
(2)将直流稳压电源的输出接口分别连接裙部的电极和插入镀液的镍靶,以SiC陶瓷基复合材料为阴极和基底,以镍靶为阳极,与镀镍溶液形电流的成闭合回路; 
(3)接通电源,在SiC陶瓷基复合材料法兰外围均匀地沉积2~10mm的致密镍层; 
(4)取出具有外围镍铸层的法兰材料,用蒸馏水冲洗干净并烘干,得到一种SiC陶瓷基复合材料镍法兰。 
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