CN109514696B - 一种预成型复合材料成型过程的变形控制方法及该控制方法的应用 - Google Patents

一种预成型复合材料成型过程的变形控制方法及该控制方法的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种预成型复合材料成型过程的变形控制方法及应用。所述控制方法包括：将纤维纱加工成符合产品形状和走向的预制体，加工时内外预留后续机械加工余量；然后，在浸渍、凝胶、干燥和烧结的过程中，根据每一阶段的工艺条件确定是否使用夹具以及使用何种材质的夹具进行维形，从而获得变形小的陶瓷材料坯体；最后，对陶瓷材料坯体进行机械加工，机械加工时根据预制体形状和纤维走向选择加工方向。本发明采用多种变形控制方式，在整个成型过程不断协调，制备出变形量明显减小的陶瓷产品，可以应用于多种型面复杂易变形产品的制备，具有广泛的应用前景。

Description

一种预成型复合材料成型过程的变形控制方法及该控制方法 的应用
技术领域
本发明涉及材料成型技术领域，尤其涉及一种预成型复合材料成型过程的变形控制方法及该控制方法的应用。
背景技术
纤维增强二氧化硅复合材料是近几年发展出来的一种能同时满足隔热、承载等功能于一体的多功能复合材料，具有隔热性能好、抗压强度高、热膨胀系数小、密度低等优点，广泛应用于航空航天领域。
目前，纤维增强二氧化硅复合材料主要侧重于其材料制备的方法及应用，而较少研究其在实际产品中应用的问题，尤其是对多种不同形状的异形产品的适用性问题。
复合材料一体化成型技术，是通过预先编织或针刺的方式制成与产品形状相同的整体预制体，再通过多种成型方式完成材料与产品的一体化成型的一种成型方法，可以在提高产品整体强度及可靠性的同时，减少加工量及减少原材料损耗。
由于预制体作为织物具有柔软易变形的特点，在成型过程中其硬度及强度会逐渐增加，但若在强度足以抵挡变形前发生形变，如不及时阻止，可能导致最终形状的偏离，无法制备出预定形状的产品。部分敞口结构的预制体更易发生变形，因此，亟需一种预成型复合材料成型过程的变形控制方法，以解决当前难题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种预成型复合材料成型过程的变形控制方法，实现最终产品与预制体形状的一致性，最大限度的保证纤维的连续性及产品的可靠性。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
1、一种预成型复合材料成型过程的变形控制方法，所述成型过程包括制备预制体、浸渍、凝胶、干燥、烧结和机械加工，所述控制方法包括：
将纤维纱加工成符合产品形状和走向的预制体，加工时内外预留后续机械加工余量；然后，在浸渍、凝胶、干燥和烧结的过程中，根据每一阶段的工艺条件确定是否使用夹具以及使用何种材质的夹具进行维形，从而获得变形小的陶瓷材料坯体；最后，对陶瓷材料坯体进行机械加工，机械加工时根据预制体形状和纤维走向选择加工方向。
2、根据技术方案1所述的控制方法，按照如下方法进行维形：
浸渍和凝胶时：使用第一材质夹具对预制体的形状进行控制，凝胶过程中继续使用第一材质夹具对预制体的形状进行控制；优选地，前期浸渍使用第一材质夹具对预制体的形状进行控制，后期浸渍去掉第一材质夹具；
干燥时：干燥温度低于100℃时，采用第二材质夹具进行形状控制；干燥温度超过100℃时，去掉夹具或采用第一耐高温非金属模具夹持或支撑预制体进行形状控制；
烧结时：去掉夹具或采用第二耐高温非金属模具夹持或支撑预制体进行形状控制；
机械加工时：根据预制体形状和纤维走向选择加工方向。
3、根据技术方案2所述的控制方法，所述第一材质为金属。
4、根据技术方案2所述的控制方法，所述第二材质为铝或铝合金。
5、根据技术方案2所述的控制方法，所述第一耐高温非金属模具的材质选自石膏、硅酸铝、刚玉、氧化硅、氧化镁、氧化锆中的任一种。
6、根据技术方案2所述的控制方法，所述第二耐高温非金属模具的材质选自石膏、硅酸铝、刚玉、氧化硅、氧化镁、氧化锆中的任一种。
7、根据技术方案1至6任一项所述的控制方法，所述加工余量为10～20％，优选为15～18％。
8、根据技术方案1至6任一项所述的控制方法，将纤维纱通过编织或针刺的方式加工成预制体。
9、根据技术方案8所述的控制方法，制备预制体时，还包括如下的预处理步骤：将纤维纱通过编织或针刺的方式加工成预制体后，利用有机溶剂去除浸润剂，获得表面浸润性好的浸渍用预制体用于后续的浸渍阶段。
10、技术方案1至9任一项所述的控制方法在在制备异形、大尺寸、敞口型结构陶瓷复合材料中的应用。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
利用上述控制方法制得的陶瓷产品，其成型过程中的变形明显减少，产品废品率明显降低。这一方式可以用于制备多种形状的复合材料制品，对多种异形大尺寸敞口结构的产品具有显著效果。
经三坐标测量仪专项检测证实，采用本发明方法可以减少约80％以上的成型过程变形，基本消除坯体作废的隐患。
本发明方法采用全过程多方法控制工艺，对纤维增强陶瓷基复合材料的变形控制更加全面，加工去除量较小，加工均匀性和重复性好，显著地提高了纤维的连续性及产品的可靠性。
本发明通过常温金属夹具的限制、导流优化设计，限制预制体或坯体通过非产品区域，大大提高了产品成型率，减小了对纤维损伤的影响。
本发明通过耐高温非金属模具的限制、导流优化设计，在一定程度上限制预制体或坯体在高温工序时通过非产品区域，大大提高了产品成型率，减小了对纤维损伤的影响。
附图说明
图1为本发明提供的控制方法的流程示意图；
图2为常温金属夹具、产品安装示意图；
图3为耐高温非金属模具、产品安装示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种预成型复合材料成型过程的变形控制方法，如所述成型过程包括制备预制体、浸渍、凝胶、干燥、烧结和机械加工，图1所示，所述控制方法包括：
将纤维纱加工成符合产品形状和走向的预制体，加工时内外预留后续机械加工余量，所述加工余量可以为10～20％，优选为15～18％；
然后，在浸渍、凝胶、干燥和烧结的过程中，根据每一阶段的工艺条件确定是否使用夹具以及使用何种材质的夹具进行维形，从而获得变形小的陶瓷材料坯体；
最后，对陶瓷材料坯体进行机械加工，机械加工时根据预制体形状和纤维走向选择加工方向。
本发明对制备预制体、浸渍、凝胶、干燥、烧结和机械加工阶段的具体工艺条件未做具体的限定，可以参考现有的工艺条件，例如，对于浸渍阶段来说，浸渍用胶液的浓度、浸渍方式、浸渍时间等等均可采用现有的工艺技术；例如，对于烧结阶段来说，可以在500～800℃(例如，可以为500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃)下进行所述烧结，烧结时间可以为1～3小时。
但对于制备预制体这一阶段的工艺条件，本发明优选按照如下方法制备预制体：将纤维纱通过编织或针刺的方式加工成预制体。在一些实施例中，还包括如下的预处理步骤：将纤维纱通过编织或针刺的方式加工成预制体后，利用有机溶剂去除浸润剂，获得表面浸润性好的浸渍用预制体用于后续的浸渍阶段。
优选地，可以按照如下方法进行维形：
浸渍和凝胶时：使用第一材质夹具对预制体的形状进行控制，凝胶过程中继续使用第一材质夹具对预制体的形状进行控制；优选地，浸渍前期使用第一材质夹具对预制体的形状进行控制，浸渍后期去掉第一材质夹具。
在浸渍和凝胶阶段，将预制体使用金属夹具进行正确的夹持，然后进行浸渍。浸渍过程是用预处理后的硅溶胶对预制体进行致密化，产品形状在这一过程中初步形成，使用金属夹具可以对预制体的形状进行有效地控制；凝胶过程中产品形状进一步稳定，继续使用金属夹具对预制体的形状进行控制；由于产品一般需进行多次重复浸渍，而夹具的存在在保持形状的同时也会一定程度的降低浸渍效果，基于这一考虑，本发明选择在前期浸渍时带夹具浸渍，后期浸渍时产品基本定型后不再夹持以利于浸渍。
干燥时：干燥温度低于100℃时，采用第二材质夹具进行形状控制；干燥温度超过100℃时，去掉夹具或采用第一耐高温非金属模具夹持或支撑预制体进行形状控制；所述第二材质优选为铝或铝合金。所述第一耐高温非金属模具的材质优选为石膏、硅酸铝、刚玉、氧化硅、氧化镁、氧化锆中的任一种。
在干燥阶段，在低温干燥时可以带夹具干燥以进行形状控制。但由于在较高温度时部分金属夹具可能有一定的变形，导致夹具型面发生变化，影响夹具和产品的型面的准确性，从而对产品带来的不利变形影响，因此本发明在高温时去掉夹具。为了防止其变形，本发明也可以使用耐高温非金属模具作为支撑或者夹持用。
对于大尺寸产品，由于所需金属夹具的体积较大，钢铁及其合金等强度和耐温性较好的金属的比重过大，不利于经常使用；为了方便操作，在不需要高温的条件下，本发明选用铝或者铝合金制品作为金属夹具在低温干燥阶段使用。
烧结时：去掉夹具或采用第二耐高温非金属模具夹持或支撑预制体进行形状控制；所述第二耐高温非金属模具的材质优选为石膏、硅酸铝、刚玉、氧化硅、氧化镁、氧化锆中的任一种。
由于烧结时温度均较高，金属夹具容易变形，影响产品的型面的准确性。本发明在烧结阶段选择使用耐高温非金属模具作为支撑或者夹持用，从而避免上述问题，维持产品形状不发生明显形变。
所述非金属模具的材料选择，一般具有耐高温、加工性好、硬度较高等特点，多属于耐火材料类如石膏(硫酸钙)、硅酸铝、刚玉(氧化铝)、氧化硅、氧化镁、氧化锆等，不同材料耐受的温度有所不同。石膏模具制作简单但不耐用，硅酸铝质模具比较耐用且耐受温度高，可以根据实际需求进行选择。
机械加工时：为了保证产品整体的可靠性，在机加时需要充分考虑预制体形状(可以对陶瓷材料坯体进行型面扫描以获得其形状)以及纤维走向，不能随意选择方向进行加工。
以下是本发明列举的实施例。
实施例1
首先，将纤维纱通过机械针刺方式，并内外各预留15％的加工余量，制备出符合产品形状以及走向的预制体，预制体的结构如图2所示，所述预制体为敞口型结构。
在浸渍和凝胶阶段，使用铝制金属夹具(如图2所示)夹持预制体进行一次浸渍，胶液的固含量为40％。浸渍完成后对预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)进行凝胶处理，在凝胶过程中继续使用铝制金属夹具夹持预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)以进行维形。
完成凝胶后则对凝胶处理后的预制体进行干燥，在干燥阶段，使用铝制金属夹具夹持预制体(该预制体指的是经过凝结阶段处理后的预制体)进行100℃以下的干燥过程，使用硅酸铝模具(如图3所示)双面夹持预制体进行100～200℃的干燥过程。
干燥完成后进行烧结，在烧结阶段，使用硅酸铝模具双面夹持预制体(该预制体指的是经过干燥阶段处理后的预制体)在600℃下烧结1h，得到陶瓷材料坯体。
最后，将陶瓷材料坯体进行表面扫描后按照产品形状进行机加，坯体变形量为4％，由于坯体内外各预留有15％余量，可以较为贴合地加工出产品，纱线的连续性较好，整体可靠性较好。
实施例2
首先，将纤维纱通过机械针刺方式，并内外各预留15％的加工余量，制备出符合产品形状以及走向的预制体，预制体的结构如图2所示，所述预制体为敞口型结构。
在浸渍和凝胶阶段，使用铝制金属夹具(如图2所示)夹持预制体进行一次浸渍，胶液的固含量为40％。浸渍完成后对预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)进行凝胶处理，在凝胶过程中继续使用铝制金属夹具夹持预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)以进行维形。
完成凝胶后则对凝胶处理后的预制体进行干燥，在干燥阶段，使用铝制金属夹具夹持预制体(该预制体指的是经过凝结阶段处理后的预制体)进行100℃以下的干燥过程，使用硅酸铝模具(如图3所示)双面夹持预制体进行100～200℃的干燥过程。
干燥完成后进行烧结，在烧结阶段，使用硅酸铝模具单面支撑预制体(该预制体指的是经过干燥阶段处理后的预制体)在600℃下烧结1h，得到陶瓷材料坯体。
最后，将陶瓷材料坯体进行表面扫描后按照产品形状进行机加，坯体变形量为6％，由于坯体内外各预留有15％余量，可以正常加工出产品，形状基本贴合，纱线有较多的连续性，整体可靠性尚可。
实施例3
首先，将纤维纱通过机械针刺方式，并内外各预留15％的加工余量，制备出符合产品形状以及走向的预制体，预制体的结构如图2所示，所述预制体为敞口型结构。
在浸渍和凝胶阶段，使用铝制金属夹具(如图2所示)夹持预制体进行一次浸渍，胶液的固含量为40％。浸渍完成后对预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)进行凝胶处理，在凝胶过程中继续使用铝制金属夹具夹持预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)以进行维形。
完成凝胶后则对凝胶处理后的预制体进行干燥，在干燥阶段，使用铝制金属夹具夹持预制体(该预制体指的是经过凝结阶段处理后的预制体)进行100℃以下的干燥过程，使用硅酸铝模具单面支撑预制体进行100～200℃的干燥过程。
干燥完成后进行烧结，在烧结阶段，使用硅酸铝模具单面支撑预制体(该预制体指的是经过干燥阶段处理后的预制体)在600℃下烧结1h，得到陶瓷材料坯体。
最后，将陶瓷材料坯体进行表面扫描后按照产品形状进行机加，坯体变形量为9％，由于坯体内外各预留有15％余量，可以正常加工出产品，形状基本贴合，纱线有较多的连续性，整体可靠性尚可。
实施例4
首先，将纤维纱通过机械针刺方式，并内外各预留15％的加工余量，制备出符合产品形状以及走向的预制体，预制体的结构如图2所示，所述预制体为敞口型结构。
在浸渍和凝胶阶段，使用铝制金属夹具(如图2所示)夹持预制体进行一次浸渍，胶液的固含量为40％。浸渍完成后对预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)进行凝胶处理，在凝胶过程中继续使用铝制金属夹具夹持预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)以进行维形。
完成凝胶后则对凝胶处理后的预制体进行干燥，在干燥阶段，使用铝制金属夹具夹持预制体(该预制体指的是经过凝结阶段处理后的预制体)进行100℃以下的干燥过程，使用硅酸铝模具单面支撑预制体进行100～200℃的干燥过程。
干燥完成后进行烧结，在烧结阶段，不使用夹具或模具将预制体(该预制体指的是经过干燥阶段处理后的预制体)在600℃下烧结1h，得到陶瓷材料坯体。
最后，将陶瓷材料坯体进行表面扫描后按照产品形状进行机加，坯体变形量为12％，由于坯体内外各预留有15％余量，可以加工出产品，但局部纱线的连续性不够，整体可靠性一般。
实施例5
首先，将纤维纱通过机械针刺方式，并内外各预留15％的加工余量，制备出符合产品形状以及走向的预制体，预制体的结构如图2所示，所述预制体为敞口型结构。
在浸渍和凝胶阶段，使用铝制金属夹具(如图2所示)夹持预制体进行一次浸渍，胶液的固含量为40％。浸渍完成后对预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)进行凝胶处理，在凝胶过程中继续使用铝制金属夹具夹持预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)以进行维形。
完成凝胶后则对凝胶处理后的预制体进行干燥，在干燥阶段，使用铝制金属夹具夹持预制体(该预制体指的是经过凝结阶段处理后的预制体)进行100℃以下的干燥过程，不使用夹具或模具进行100～200℃的干燥过程。
干燥完成后进行烧结，在烧结阶段，不使用夹具或模具将预制体(该预制体指的是经过干燥阶段处理后的预制体)在600℃下烧结1h，得到陶瓷材料坯体。
最后，将陶瓷材料坯体进行表面扫描后按照产品形状进行机加，坯体变形量为15％，由于坯体内外各预留有15％余量，可以基本加工出产品，但由于变形量略大，仅能大致加工出产品，形状不够贴合，整体可靠性较差。
实施例6
首先，将纤维纱通过机械针刺方式，并内外各预留15％的加工余量，制备出符合产品形状以及走向的预制体，预制体的结构如图2所示，所述预制体为敞口型结构。
在浸渍和凝胶阶段，使用铝制金属夹具(如图2所示)夹持预制体进行一次浸渍，胶液的固含量为40％。浸渍完成后对预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)进行凝胶处理，在凝胶过程中继续使用铝制金属夹具夹持预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)以进行维形。
完成凝胶后则对凝胶处理后的预制体进行干燥，在干燥阶段，不使用夹具或模具将预制体(该预制体指的是经过凝结阶段处理后的预制体)进行100℃以下的干燥过程，不使用夹具或模具将预制体进行100～200℃的干燥过程。
干燥完成后进行烧结，在烧结阶段，不使用夹具或模具将预制体(该预制体指的是经过干燥阶段处理后的预制体)在600℃下烧结1h，得到陶瓷材料坯体。
最后，将陶瓷材料坯体进行表面扫描后按照产品形状进行机加，坯体变形量为18％，由于坯体内外各预留有15％余量，可以基本加工出产品，但由于变形量略大，仅能大致加工出产品，但局部边角无法实现，形状不够贴合，整体可靠性较差。
实施例7
首先，将纤维纱通过机械针刺方式，并内外各预留15％的加工余量，制备出符合产品形状以及走向的预制体，预制体的结构如图2所示，所述预制体为敞口型结构。
在浸渍和凝胶阶段，不使用夹具夹持预制体进行整个浸渍过程，胶液的固含量为40％。浸渍完成后对预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)进行凝胶处理，在凝胶过程中不使用夹具夹持预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)。
完成凝胶后则对凝胶处理后的预制体进行干燥，在干燥阶段，不使用夹具或模具将预制体(该预制体指的是经过凝结阶段处理后的预制体)进行100℃以下的干燥过程，不使用夹具或模具将预制体进行100～200℃的干燥过程。
干燥完成后进行烧结，在烧结阶段，不使用夹具将预制体(该预制体指的是经过干燥阶段处理后的预制体)在600℃下烧结1h，得到陶瓷材料坯体。
最后，将陶瓷材料坯体进行表面扫描后按照产品形状进行机加，坯体变形量为36％，虽然坯体内外各预留有15％余量，但由于对形状没有控制，整体变形过大，无法加工出产品，产生报废。
实施例8
首先，将纤维纱通过机械针刺方式，并内外各预留15％的加工余量，制备出符合产品形状以及走向的预制体，预制体的结构如图2所示，所述预制体为敞口型结构。
在浸渍和凝胶阶段，使用钢制金属夹具夹持预制体进行一次浸渍，胶液的固含量为40％。浸渍完成后对预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)进行凝胶处理，在凝胶过程中继续使用钢制金属夹具夹持预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)以进行维形。
完成凝胶后则对凝胶处理后的预制体进行干燥，在干燥阶段，使用钢制金属夹具夹持预制体(该预制体指的是经过凝结阶段处理后的预制体)进行100℃以下的干燥过程，使用硅酸铝模具(如图3所示)双面夹持预制体进行100～200℃的干燥过程。
干燥完成后进行烧结，在烧结阶段，使用硅酸铝模具双面夹持预制体(该预制体指的是经过干燥阶段处理后的预制体)在600℃下烧结1h，得到陶瓷材料坯体。
最后，将陶瓷材料坯体进行表面扫描后按照产品形状进行机加，坯体变形量为4％，与铝制模具基本一致但操作较为不便，可以较为贴合地加工出产品，纱线的连续性较好，整体可靠性较好。
实施例9
首先，将纤维纱通过机械针刺方式，并内外各预留15％的加工余量，制备出符合产品形状以及走向的预制体，预制体的结构如图2所示，所述预制体为敞口型结构。
在浸渍和凝胶阶段，使用钢制金属夹具夹持预制体进行一次浸渍，胶液的固含量为40％。浸渍完成后对预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)进行凝胶处理，在凝胶过程中继续使用钢制金属夹具夹持预制体(该预制体指的是经过浸渍阶段处理后的预制体)以进行维形。
完成凝胶后则对凝胶处理后的预制体进行干燥，在干燥阶段，使用钢制金属夹具夹持预制体(该预制体指的是经过凝结阶段处理后的预制体)进行第一次干燥的100℃以下的干燥过程，使用钢制金属夹具夹持预制体进行100～200℃的干燥过程。
干燥完成后进行烧结，在烧结阶段，使用硅酸铝模具(如图3所示)双面夹持预制体(该预制体指的是经过干燥阶段处理后的预制体)在600℃下烧结1h，得到陶瓷材料坯体。
最后，将陶瓷材料坯体进行表面扫描后按照产品形状进行机加，坯体变形量为3％，由于坯体内外各预留有15％余量，比硅酸铝模具变形量略低但操作较为不便，可以较为贴合地加工出产品，纱线的连续性较好，整体可靠性较好。
表1
Figure BDA0001877098870000121
Figure BDA0001877098870000131
从表1的结果可以看出，本发明提供变形控制方法，具有较好的控制效果。实施例1至实施例6所用的金属夹具和非金属模具的材质完全相同，只是在不同的制备过程选择了不同的模具或者夹持方式，探讨了减少控制过程对变形的影响。实施例7为完全不使用模具的对比。实施例8至实施例9中浸渍凝胶和低温烘干所用金属夹具由铝改成了钢，其强度和耐温性更好，且在高温烘干阶段由非金属模具改为钢夹具，但对变形的控制没有明显改善，且操作不方便，不适合推广。
通过观察表1中的数据结果可以看出，通过观察数据可以发现，浸渍凝胶的过程，金属夹具对防变形的作用最大。在后续烘干过程以及烧结过程中，夹具或者模具对防变形仍然有较大的作用。为了保证产品的型面与预制体的贴合，应在产品成型的全过程采取控制措施，针对不同的使用环境以及温度，选择相应的金属夹具或者非金属模具，具有重要的意义。
由于产品在浸渍阶段一般需进行多次重复浸渍，单次后的变形量多数不能代表最终产品的变形量，为了进一步研究变形控制与产品成型的问题，除了上述实施例，本发明还提供了如下实施例。
实施例10
按照实施列1的方法进行第一次浸渍，胶液的固含量为40％。按照实施列1的方法进行第二次浸渍，胶液的固含量为30％。按照实施列1的方法进行第三次浸渍，胶液的固含量为20％。最后，将陶瓷坯体进行表面扫描后按照产品形状进行机加，坯体变形量为4％，可以较为贴合地加工出产品，纱线的连续性较好，整体可靠性较好。
实施例11
按照实施列1的方法进行第一次浸渍，胶液的固含量为40％。按照实施列1的方法进行第二次浸渍，胶液的固含量为30％。按照实施列7的方法进行第三次浸渍，胶液的固含量为20％。最后，将陶瓷坯体进行表面扫描后按照产品形状进行机加，坯体变形量为5％，可以较为贴合地加工出产品，纱线的连续性较好，整体可靠性较好。
实施例12
按照实施列1的方法进行第一次浸渍，胶液的固含量为40％。按照实施列7的方法进行第二次浸渍，胶液的固含量为30％。按照实施列7的方法进行第三次浸渍，胶液的固含量为20％。最后，将陶瓷坯体进行表面扫描后按照产品形状进行机加，坯体变形量为6％，可以较为贴合地加工出产品，纱线的连续性较好，整体可靠性较好。
实施例13
按照实施列1的方法进行第一次浸渍，胶液的固含量为20％。按照实施列1的方法进行第二次浸渍，胶液的固含量为20％。按照实施列1的方法进行第三次浸渍，胶液的固含量为20％。最后，将陶瓷坯体进行表面扫描后按照产品形状进行机加，坯体变形量为4％，可以较为贴合地加工出产品，纱线的连续性较好，整体可靠性较好。
实施例14
按照实施列1的方法进行第一次浸渍，胶液的固含量为20％。按照实施列1的方法进行第二次浸渍，胶液的固含量为20％。按照实施列7的方法进行第三次浸渍，胶液的固含量为20％。最后，将陶瓷坯体进行表面扫描后按照产品形状进行机加，坯体变形量为7％，由于坯体内外各预留有15％余量，可以正常加工出产品，形状基本贴合，纱线有较多的连续性，整体可靠性尚可。
实施例15
按照实施列1的方法进行第一次浸渍，胶液的固含量为20％。按照实施列7的方法进行第二次浸渍，胶液的固含量为20％。按照实施列7的方法进行第三次浸渍，胶液的固含量为20％。最后，将陶瓷坯体进行表面扫描后按照产品形状进行机加，坯体变形量为10％，由于坯体内外各预留有15％余量，可以加工出产品，但局部纱线的连续性不够，整体可靠性一般。
从实施例10至15的结果可以看出，本发明提供变形控制方法，在固含量较高时，可以减少使用模具的次数，而结果基本不变；在固含量较低时，减少使用模具的次数对结果的影响逐渐增加。实际应用中，由于夹具的存在在保持形状的同时也会一定程度的降低浸渍效果，可以选择在前期浸渍带夹具浸渍，后续产品基本定型后不再夹持以利于浸渍，具体次数可以根据浸渍用胶的固含量进行确定。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种预成型复合材料成型过程的变形控制方法，所述成型过程包括制备预制体、浸渍、凝胶、干燥、烧结和机械加工，其特征在于：所述控制方法包括：
将纤维纱加工成符合产品形状和走向的预制体，加工时内外预留后续机械加工余量；然后，在浸渍、凝胶、干燥和烧结的过程中，根据每一阶段的工艺条件确定是否使用夹具以及使用何种材质的夹具进行维形，从而获得变形小的陶瓷材料坯体；其中，浸渍和凝胶时：使用第一材质夹具对预制体的形状进行控制，凝胶过程中继续使用第一材质夹具对预制体的形状进行控制；前期浸渍使用第一材质夹具对预制体的形状进行控制，后期浸渍去掉第一材质夹具；干燥时：干燥温度低于100℃时，采用第二材质夹具进行形状控制；干燥温度超过100℃时，去掉夹具或采用第一耐高温非金属模具夹持或支撑预制体进行形状控制；烧结时：去掉夹具或采用第二耐高温非金属模具夹持或支撑预制体进行形状控制；
最后，对陶瓷材料坯体进行机械加工，机械加工时根据预制体形状和纤维走向选择加工方向。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述第一材质为金属。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述第二材质为铝或铝合金。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述第一耐高温非金属模具的材质选自石膏、硅酸铝、刚玉、氧化硅、氧化镁、氧化锆中的任一种。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述第二耐高温非金属模具的材质选自石膏、硅酸铝、刚玉、氧化硅、氧化镁、氧化锆中的任一种。
6.根据权利要求1至5任一项所述的控制方法，其特征在于：所述加工余量为10～20％。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述加工余量为15～18％。
8.根据权利要求1至5任一项所述的控制方法，其特征在于：将纤维纱通过编织或针刺的方式加工成预制体。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：制备预制体时，还包括如下的预处理步骤：将纤维纱通过编织或针刺的方式加工成预制体后，利用有机溶剂去除浸润剂，获得表面浸润性好的浸渍用预制体用于后续的浸渍阶段。
10.权利要求1至9任一项所述的控制方法在制备异形、大尺寸、敞口型结构陶瓷复合材料中的应用。
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