CN104150958A - 一种陶瓷基复合材料修复方法 - Google Patents

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一种陶瓷基复合材料的修复方法，其特征在于超声清洗磨损的陶瓷基复合材料试样，烘干后复合材料未修复部分贴敷石墨纸，采用碳纤维预浸布填充缺陷部位，模压固化，压力10MPa-100MPa，温度为80～160℃，固化时间3～6h。真空气氛下缓慢升至高温热解，预浸布分解后涂覆碳化硼、氮化硅纳米粉浆料，进入到纤维束之间的大的间隙。真空气氛下升温至反应温度，通入三氯甲基硅烷气体，氢气作为载气，氩气作为稀释气体，化学气相渗透碳化硅，复合材料致密化。本发明采用化学气相渗透碳化硅，修复层与原基材结合紧密，陶瓷基复合材料高温抗氧化性能提高，修复工艺过程简单，周期较短。

Description

一种陶瓷基复合材料修复方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料修复方法，特别涉及一种陶瓷基复合材料修复方法。
背景技术
高推重比航空发动机是发展新一代战斗机的基础，提高发动机的工作温度和降低结构重量是提高推重比的有效途径，迫切需要发展新一代耐高温、低密度、高性能的热结构材料。陶瓷基复合材料(CMC)以其耐高温，低密度的独特优势，克服了金属被大量应用于高温装备中，但是结构陶瓷脆性大和可靠性差，碳/碳复合材料(C/C)抗氧化性差和强度低，以及氧化物陶瓷基复合材料抗蠕变性差等缺点，在作为推重比10以上航空发动机必备的热结构材料，通常需要增韧材料对结构陶瓷进行增韧，主要是连续碳纤维增韧陶瓷基复合材料和碳化硅纤维增韧陶瓷基复合材料两大类。
连续纤维增韧陶瓷基复合材料具有结构单元多、非均质、非致密和各向异性等特点。孔隙和裂纹对于连续纤维增韧陶瓷基复合材料不可避免，而且利于复合材料的强韧化。但是孔隙和裂纹也导致高温下氧化介质可以直接作用到材料内部，削弱了连续纤维增韧陶瓷基复合材料的抗热力氧化能力，抗高温磨损能力，缩短使用寿命，从而制约连续纤维增韧陶瓷基复合材料在高推重比航空发动机上的应用。
现如今已经发展了多种改性途径提高连续纤维增韧陶瓷基复合材料热氧化寿命：(1)防氧化涂层，如玻璃涂层、SiC涂层、Si3N4涂层等；(2)防氧化界面，如BN界面。但是涂层与界面只能有限程度上提高复合材料热力氧化能力。提高连续纤维增韧陶瓷基复合材料氧化寿命的关键是保护纤维和界面，当连续纤维增韧陶瓷基复合材料被大量应用于高温设备中，由于时间长就会磨损，氧化，出现损伤时，我们需要及时对其进行安全修复，以保证其后续过程中的服役，提高材料的使用寿命。对纤维和解界面的安全修复是重中之重，本发明希望通过浸渍碳法结合化学气相渗透法对材料进行修复并进一步提高其耐高温性能。
申请号为201210465111.0的中国专利公开了一种愈合碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法。制备的步骤如下：制备碳化硅纤维预制体；配制先驱体浸渍液；制备碳化硅纤维预制体界面层；定型；真空浸渍；干燥；热模压；裂解；带模具浸渍干燥裂解；去模具浸渍干燥裂解。工艺简单，对设备要求低，制备周期短，制备成本低，自愈合防氧化能力强。
申请号为200910021047.5的中国专利公开了一种自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法。该方法包括；制备纤维预制体、化学气相渗透裂解碳界面层、界面层热处理、交替化学气相渗透碳化硅和碳化硼基体、化学气相沉积3层碳化硅涂层。该方法可设计性强、工艺简单、可重复性好。得到的陶瓷基复合材料耐高温、防氧化性能好，并且具有优良的力学性能和热学性能，可满足高推重比航空发动机密封片/调节片及内椎体等构件的使用要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，旨在提供一种陶瓷基复合材料的修复方法，其特征在于，包括以下顺序步骤：
(1)超声清洗磨损的陶瓷基复合材料试样，清洗时间为20～40min；
(2)烘干后复合材料未修复部分贴敷石墨纸；
(3)采用碳纤维预浸布填充缺陷部位，模压固化，压力10MPa-100MPa；
(4)温度为80～160℃，固化时间3～6h；
(5)将上述固化后的试样放进反应炉中，真空气氛下缓慢升至高温热解，热解温度为900～1100℃，热解时间2～8h；
(6)预浸布分解后涂覆碳化硼、氮化硅纳米粉浆料，进入到纤维束之间的大的间隙；
(7)真空气氛下升温至反应温度，通入三氯甲基硅烷气体，氢气作为载气，氩气作为稀释气体，化学气相渗透碳化硅，复合材料致密化。反应温度900～1200℃，渗透时间200～300h。
本发明具有的优点：1、有效修复陶瓷基复合材料，并提高其高温抗氧化性能；2、采用化学气相渗透碳化硅，修复层与原基材结合紧密；3、修复工艺过程简单，周期较短。
附图说明
图1为陶瓷基复合材料修复方法过程示意图。
10为复合材料出现破损；20为碳纤维预浸布填充缺陷部位，未修复部分贴敷石墨纸；30为高温热解；40为涂覆碳化硼、氮化硅纳米粉浆料；50为化学气相渗透碳化硅后拆除石墨纸。
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)超声清洗磨损的陶瓷基复合材料试样，清洗时间为20min；
(2)烘干后复合材料；
(3)采用碳纤维预浸布填充缺陷部位，模压固化，压力30MPa；
(4)温度为100℃，固化时间3h；
(5)将上述固化后的试样放进反应炉中，真空气氛下缓慢升至高温热解，热解温度为1100℃，热解时间2h；
(6)预浸布分解后涂覆碳化硼、氮化硅纳米粉浆料，进入到纤维束之间的大的间隙；
(7)真空气氛下升温至反应温度，通入三氯甲基硅烷气体，氢气作为载气，氩气作为稀释气体，化学气相渗透碳化硅，复合材料致密化。反应温度1100℃，渗透时间250h。
实施例2
(1)超声清洗磨损的陶瓷基复合材料试样，清洗时间为30min；
(2)烘干后复合材料未修复部分贴敷石墨纸；
(3)采用碳纤维预浸布填充缺陷部位，模压固化，压力50MPa；
(4)温度为120℃，固化时间4h；
(5)将上述固化后的试样放进反应炉中，真空气氛下缓慢升至高温热解，热解温度为1000℃，热解时间4h；
(6)预浸布分解后涂覆碳化硼、氮化硅纳米粉浆料，进入到纤维束之间的大的间隙；
(7)真空气氛下升温至反应温度，通入三氯甲基硅烷气体，氢气作为载气，氩气作为稀释气体，化学气相渗透碳化硅，复合材料致密化。反应温度1150℃，渗透时间300h。
上述仅为本发明的两个具体实施方式，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 (1)

1.一种陶瓷基复合材料修复方法，其特征在于，包括以下顺序步骤：
(1)超声清洗磨损的陶瓷基复合材料试样，清洗时间为20～40min；
(2)烘干后复合材料未修复部分贴敷石墨纸；
(3)采用碳纤维预浸布填充缺陷部位，模压固化，压力10MPa-100MPa；
(4)温度为80～160℃，固化时间3～6h；
(5)将上述固化后的试样放进反应炉中，真空气氛下缓慢升至高温热解，热解温度为900～1100℃，热解时间2～8h；
(6)预浸布分解后涂覆碳化硼、氮化硅纳米粉浆料，进入到纤维束之间的大的间隙；
(7)真空气氛下升温至反应温度，通入三氯甲基硅烷气体，氢气作为载气，氩气作为稀释气体，化学气相渗透碳化硅，复合材料致密化。反应温度900～1200℃，渗透时间200～300h。
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