CN105620725B - 非金属控制舵陶瓷连接样件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于陶瓷基复合材料技术领域，具体涉及一种非金属控制舵陶瓷连接样件及其制备方法。非金属控制舵陶瓷连接样件是由舵轴、舵芯、舵套和底板组成，舵芯装配在舵套内部，通过底板实现舵套的密封，然后舵轴插入底板和舵芯进行连接，舵芯、舵轴、舵套与底板之间通过陶瓷焊料连接。本发明不仅解决了金属控制舵使用温度受到限制的问题，同时采用陶瓷焊接方式连接，满足高速飞行可靠性的要求，为高超音速飞行器提供可靠的非金属控制舵陶瓷连接样件。

Description

非金属控制舵陶瓷连接样件及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷基复合材料技术领域，具体涉及一种非金属控制舵陶瓷连接样件及其制备方法。
背景技术
随着高超音速、高机动和远距离精确打击为主要技术特征的新一代飞行器的快速发展和跨越式进步，新一代飞行器普遍采用控制效率较高的控制舵进行机动变轨，以达到飞行器的突防或末制导精确打击的目的。新一代飞行器的飞行马赫数高，在大气层中飞行时间长，热载荷温度高，气动加热总量非常大，而且热能迅速传递，目前金属热结构控制舵由于受使用温度的限制，不能满足新一代飞行器的使用要求。因此为了确保控制舵的正常工作，需要采用非金属控制舵。
发明内容
本发明的目的是提供一种非金属控制舵陶瓷连接样件，不仅耐高温、且连接可靠性高，满足新一代飞行器的使用要求；本发明同时提供了非金属控制舵陶瓷连接样件的制备方法，科学合理、简单易行。
本发明所述的非金属控制舵陶瓷连接样件是由舵轴、舵芯、舵套和底板组成，舵芯装配在舵套内部，通过底板实现舵套的密封，然后舵轴插入底板和舵芯进行连接，舵芯、舵轴、舵套与底板之间通过陶瓷焊料连接。
所述的舵芯和舵轴采用氮化硅(Si3N4)陶瓷制备。
所述的舵套和底板采用碳纤维增强碳化硅(Cf/SiC)复合材料制备。
本发明所述的非金属控制舵陶瓷连接样件的制备方法，步骤如下：
(1)通过原料粉体喷雾造粒、等静压成型、气压烧结工艺制备氮化硅舵芯、舵轴；
(2)通过热解碳界面层、化学气相沉积工艺和液相裂解浸渍工艺制备碳纤维增强碳化硅复合材料舵套、底板；
(3)采用氧氮玻璃陶瓷进行耐高温复合陶瓷焊料的制备；
(4)对舵套、舵芯、底板以及舵轴的连接处进行连接结构设计，以实现各个连接面的紧密连接；
(5)连接过程首先采用焊料进行舵芯和舵套的连接，以及底板和舵轴的连接，最终进行舵轴和舵芯的连接。
步骤(1)中所述的舵芯首先进行修坯处理，然后进行热处理。
步骤(2)中所述的舵套和底板是用碳纤维预制体通过仿形编织的方式采用针刺工艺制备。
步骤(4)中所述的舵轴与舵芯侧面连接处的连接结构设计为六边形。
步骤(4)中所述的舵轴与舵芯底部边缘连接处的连接结构设计为圆角。
本发明的非金属控制舵陶瓷连接样件的制备工艺是通过非金属控制舵陶瓷组件的制备、耐高温复合陶瓷焊料的制备以及非金属控制舵陶瓷组件的连接工艺实现的。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明公开的非金属控制舵陶瓷连接样件，可在1200℃以上长时间使用，Si3N4陶瓷与Si3N4陶瓷连接接头高温(1200℃)下弯曲强度大于100MPa，Si3N4陶瓷与Cf/SiC复合材料连接接头高温(1200℃)下弯曲强度大于40MPa。
本发明公开的非金属控制舵陶瓷连接样件及其制备方法，不仅解决了金属控制舵使用温度受到限制的问题，同时采用陶瓷焊接方式连接，满足高速飞行可靠性的要求，为高超音速飞行器提供可靠的非金属控制舵陶瓷连接样件。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图中：1、舵套；2、舵芯；3、底板；4、舵轴。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
通过原料粉体喷雾造粒-等静压成型-气压烧结工艺制备氮化硅，其中舵芯等静压成型后通过陶瓷修坯工装进行修坯处理，最终气压烧结完成后氮化硅陶瓷的密度为3.2g/cm3，弯曲强度为680MPa，按照尺寸要求进行精密加工舵芯、舵轴；
采用碳纤维通过针刺工艺制备仿形碳纤维预制体，然后通过热解碳界面层、化学气相沉积工艺和液相裂解浸渍工艺制备碳纤维增强碳化硅复合材料坯体，材料密度为2.2g/cm3，弯曲强度为230MPa，拉伸强度为130MPa，然后按照尺寸要求精密加工成舵套、底板；
上述加工过程中，将舵轴、舵芯侧面连接处按照六边形加工，舵轴与舵芯底部边缘连接处加工为圆角；
选用氧氮玻璃陶瓷材料制备连接用耐高温复合陶瓷焊料；
连接过程首先将焊料铺设在舵芯和舵套连接面以及底板和舵轴的连接面，舵芯和舵套以及底板和舵轴连接完成后，再进行舵轴和舵芯的连接；
连接完成后得到非金属控制舵陶瓷连接样件。本实施例的非金属控制舵陶瓷连接样件，可在1200℃以上长时间使用，Si3N4陶瓷与Si3N4陶瓷连接接头高温(1200℃)下弯曲强度为120MPa，Si3N4陶瓷与Cf/SiC复合材料连接接头高温(1200℃)下弯曲强度为42MPa。
实施例2
通过原料粉体喷雾造粒-等静压成型-气压烧结工艺制备氮化硅，其中舵芯等静压成型后通过陶瓷修坯工装进行修坯处理，最终气压烧结完成后氮化硅陶瓷的密度为3.25g/cm3，弯曲强度为710MPa，按照尺寸要求进行精密加工舵芯、舵轴；
采用碳纤维通过针刺工艺制备仿形碳纤维预制体，然后通过化学气相沉积工艺和液相裂解浸渍工艺制备碳纤维增强碳化硅复合材料坯体，材料密度为2.3g/cm3，弯曲强度为240MPa，拉伸强度为120MPa，然后按照尺寸要求精密加工成舵套、底板；
上述加工过程中，将舵轴、舵芯侧面连接处按照六边形加工，舵轴与舵芯底部边缘连接处加工为圆角；
采用氧氮玻璃陶瓷材料连接用耐高温复合陶瓷焊料；
连接过程首先将焊料铺设在舵芯和舵套连接面以及底板和舵轴的连接面，舵芯和舵套以及底板和舵轴连接完成后，再进行舵轴和舵芯的连接；
连接完成后得到非金属控制舵陶瓷连接样件。本实施例的非金属控制舵陶瓷连接样件，可在1200℃以上长时间使用，Si3N4陶瓷与Si3N4陶瓷连接接头高温(1200℃)下弯曲强度为130MPa，Si3N4陶瓷与Cf/SiC复合材料连接接头高温(1200℃)下弯曲强度为45MPa。
实施例3
通过原料粉体喷雾造粒-等静压成型-气压烧结工艺制备氮化硅，其中舵芯等静压成型后通过陶瓷修坯工装进行修坯处理，最终气压烧结完成后氮化硅陶瓷的密度为3.27g/cm3，弯曲强度为680MPa，按照尺寸要求进行精密加工舵芯、舵轴；
采用碳纤维通过针刺工艺制备仿形碳纤维预制体，然后通过热解碳界面层、化学气相沉积工艺和液相裂解浸渍工艺制备碳纤维增强碳化硅复合材料坯体，材料密度为2.25g/cm3，弯曲强度为245MPa，拉伸强度为135MPa，然后按照尺寸要求精密加工成舵套、底板；
上述加工过程中，将舵轴、舵芯侧面连接处按照六边形加工，舵轴与舵芯底部边缘连接处加工为圆角；
选用氧氮玻璃陶瓷材料制备连接用耐高温复合陶瓷焊料；
连接过程首先将焊料铺设在舵芯和舵套连接面以及底板和舵轴的连接面，舵芯和舵套以及底板和舵轴连接完成后，再进行舵轴和舵芯的连接；
连接完成后得到非金属控制舵陶瓷连接样件。本实施例的非金属控制舵陶瓷连接样件，可在1200℃以上长时间使用，Si3N4陶瓷与Si3N4陶瓷连接接头高温(1200℃)下弯曲强度为128MPa，Si3N4陶瓷与Cf/SiC复合材料连接接头高温(1200℃)下弯曲强度为48MPa。

Claims (5)

1.一种非金属控制舵陶瓷连接样件，其特征在于由舵轴、舵芯、舵套和底板组成，舵芯装配在舵套内部，通过底板实现舵套的密封，然后舵轴插入底板和舵芯进行连接，舵芯、舵轴、舵套与底板之间通过陶瓷焊料连接；
所述的舵芯和舵轴采用氮化硅陶瓷制备；
所述的舵套和底板采用碳纤维增强碳化硅复合材料制备；
所述的非金属控制舵陶瓷连接样件的制备方法，步骤如下：
（1）通过原料粉体喷雾造粒、等静压成型、气压烧结工艺制备氮化硅舵芯、舵轴；
（2）通过热解碳界面层、化学气相沉积工艺和液相裂解浸渍工艺制备碳纤维增强碳化硅复合材料舵套、底板；
（3）采用氧氮玻璃陶瓷进行耐高温复合陶瓷焊料的制备；
（4）对舵套、舵芯、底板以及舵轴的连接处进行连接结构设计，以实现各个连接面的紧密连接；
（5）连接过程首先采用焊料进行舵芯和舵套的连接，以及底板和舵轴的连接，最终进行舵轴和舵芯的连接。
2.根据权利要求1所述的非金属控制舵陶瓷连接样件，其特征在于步骤（1）中所述的舵芯首先进行修坯处理，然后进行热处理。
3.根据权利要求1所述的非金属控制舵陶瓷连接样件，其特征在于步骤（2）中所述的舵套和底板是用碳纤维预制体通过仿形编织的方式采用针刺工艺制备。
4.根据权利要求1所述的非金属控制舵陶瓷连接样件，其特征在于步骤（4）中所述的舵轴与舵芯侧面连接处的连接结构设计为六边形。
5.根据权利要求1所述的非金属控制舵陶瓷连接样件，其特征在于步骤（4）中所述的舵轴与舵芯底部边缘连接处的连接结构设计为圆角。
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