CN111761719A - 一种往复式陶瓷纤维真空浸渍设备和浸渍方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种往复式陶瓷纤维真空浸渍设备和浸渍方法，属于复合材料制备用的浸渍设备及浸渍方法；包括封盖(1)、筒体(2)、底盘(3)、支架(4)、上压头(5)、侧壁(6)、下压头(7)、活塞杆(8)及多个垫片(9)；本发明提供的陶瓷纤维真空浸渍设备和浸渍方法，利用真空与外界大气的压力差，实现陶瓷料浆在陶瓷纤维之间的浸渍，可大大提高纤维束间的浸渍效果，同时保证料浆浸渍效果的均匀性；通过控制活塞杆的上下运动配合设备内部真空的抽、放，可实现陶瓷料浆在上压头及下压头间的往复运动，操作方便，可提高浸渍效率。

Description

一种往复式陶瓷纤维真空浸渍设备和浸渍方法
技术领域
本发明涉及一种往复式陶瓷纤维真空浸渍设备和浸渍方法，属于复合材料制备用的浸渍设备及浸渍方法。
背景技术
陶瓷基复合材料为材料-工艺-构件一体化材料，其本征及材料性能与致密化成型工艺密切相关。热压-烧结工艺作为一种制备陶瓷基复合材料的新型工艺手段，制备出的复合材料具有孔隙率低、热导率高、基体致密、结晶程度高、不含残余Si等优点，适合航空发动机热端部件材料在高温环境下长时使用。通过热压-烧结工艺制备陶瓷基复合材料时，需要将陶瓷纤维预浸料置于石墨磨具中，在高温高压下完成热压烧结，因此陶瓷纤维预浸料的质量直接决定了最终产品质量的优劣。
制备陶瓷纤维预浸料的关键步骤之一，即将含有陶瓷粉体的陶瓷料浆浸渍到陶瓷纤维中。因陶瓷纤维束间间距一般仅为微米量级，若采用浸泡或辊压等传统手段，难以使陶瓷料浆填满纤维束间区域，导致该区域在热压烧结后成为产品中的孔隙，对产品质量造成极大的隐患。因此在制备陶瓷纤维预浸料的过程中，如何提高陶瓷料浆的浸渍效果及浸渍效率，是热压-烧结工艺制备陶瓷基复合材料的一项重要问题。
发明内容：
本发明的旨在通过一种往复式陶瓷纤维真空浸渍设备及浸渍方法，针对热压-烧结工艺，提高制备陶瓷纤维预浸料过程中陶瓷料浆的浸渍效果及浸渍效率，提高最终产品的质量及稳定性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种往复式陶瓷纤维真空浸渍设备，包括封盖1、筒体2、底盘3、支架4、上压头5、侧壁6、下压头7、活塞杆8及多个垫片9；筒体2为空心筒形结构，上、下两端与封盖1及底盘3密封连接；底盘3为中心开孔的圆盘结构，上下表面设有与中心孔同轴的凸台上表面凸台与侧壁6密封连接，下表面凸台与下压头7密封连接；支架4底部为一圆盘，圆盘边缘均布多个圆柱体，圆柱体上表面与底盘3下表面接触，上压头5为下端敞口，上端开小口的空心圆筒结构，上压头5敞口端装在侧壁6内与侧壁6密封连接；下压头7为空心圆筒形结构，装在底盘3下表面凸台内与底盘3密封连接，内孔直径大于底盘中心孔直径；活塞杆8中心截面为“工”字型结构，上端为橡胶软垫，与下压头7内壁紧密配合，垫片9装在侧壁6与上压头5之间。
所述封盖1为圆盘结构，封盖1上带有两个开口，其中一个与真空压力表密封连接，另一个通过管路与真空泵密封连接。
所述支架4圆柱体长度大于下压头7总长度，小于下压头7及活塞杆8长度之和。
所述上压头5外表面分为两段，下半段直径小于上半段，上半段直径与侧壁6内孔直径一致；
所述侧壁6为上端面敞口、下端面开孔的空心圆筒结构，下端面开孔直径与底盘3中心孔径一致。6、所述活塞杆8下端圆盘直径大于下压头7外圆直径，活塞杆8整体长度大于下压头7长度。
所述垫片9为圆环，外径大于底盘3中心孔直径，小于侧壁6内孔直径；内径小于底盘中心孔直径。
本发明技术方案还提供了一种利用所述真空浸渍设备的往复式浸渍方法，该方法步骤如下：
1)将侧壁6、筒体2、下压头7依次安装到底盘3上，将活塞杆8推入下压头7顶端后，将底盘3放置于支架4上；
2)将垫片9及裁剪为圆形的陶瓷纤维布依次放置在侧壁6中，再放置一层垫片9，将上压头5安装到侧壁6中，使上压头5与垫片9紧密接触；
3)将陶瓷料浆沿上压头5上端小口注入空腔中；
4)将封盖1安装到筒体2上，封盖1上的一个开口与真空压力表连接，另一个通过管路与真空泵连接；
5)开启真空泵，当真空压力表示数达到0.1Pa时，关闭真空泵，并缓慢向下拉动活塞杆8，直到陶瓷料浆完全进入下压头7中；然后，再次开启真空泵，控制活塞杆8缓慢移动至下压头7顶端；
6)重复步骤5)直到陶瓷料浆完全浸渍到陶瓷纤维布中；
所述陶瓷纤维布为碳化硅纤维、碳纤维、氧化物纤维中的一种。
所述垫片9及陶瓷纤维布依次放入侧壁6中时，陶瓷纤维布的数量为2～8个，每两个垫片9中间为陶瓷纤维布。
本发明技术方案的优点和特点如下：
1.本发明提供的陶瓷纤维真空浸渍设备和浸渍方法，利用真空与外界大气的压力差，实现陶瓷料浆在陶瓷纤维之间的浸渍，可大大提高纤维束间的浸渍效果，同时保证料浆浸渍效果的均匀性；
2.本发明提供的往复式陶瓷纤维真空浸渍设备和浸渍方法，通过控制活塞杆的上下运动配合设备内部真空的抽、放，可实现陶瓷料浆在上压头及下压头间的往复运动，操作方便，可提高浸渍效率。
附图说明
图1为本发明所述真空浸渍装置组装示意图
图2为本发明所述浸渍装置中底盘主剖视图及俯视示意图
图3为本发明所述浸渍装置中支架主视及俯视示意图
图4为本发明所述浸渍装置中上压头主剖视图及俯视示意图
图5为本发明所述浸渍装置中侧壁主剖视图及俯视示意图
图6为本发明所述浸渍装置中垫片主剖视图及俯视示意图
图中，1为封盖，2为筒体，3为底盘，4为支架，5为上压头，6为侧壁，7为下压头，8为活塞杆，9为垫片
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：
一种往复式陶瓷纤维真空浸渍设备，其特征在于，包括封盖1、筒体2、底盘3、支架4、上压头5、侧壁6、下压头7、活塞杆8及多个垫片9；筒体2为空心筒形结构，上、下两端与封盖1及底盘3密封连接；底盘3为中心开孔的圆盘结构，上下表面设有与中心孔同轴的凸台上表面凸台与侧壁6密封连接，下表面凸台与下压头7密封连接；支架4底部为一圆盘，圆盘边缘均布多个圆柱体，圆柱体上表面与底盘3下表面接触，上压头5为下端敞口，上端开小口的空心圆筒结构，上压头5敞口端装在侧壁6内与侧壁6密封连接；下压头7为空心圆筒形结构，装在底盘3下表面凸台内与底盘3密封连接，内孔直径大于底盘中心孔直径；活塞杆8中心截面为“工”字型结构，上端为橡胶软垫，与下压头7内壁紧密配合，垫片9装在侧壁6与上压头5之间。
所述封盖1为圆盘结构，封盖1上带有两个开口，其中一个与真空压力表密封连接，另一个通过管路与真空泵密封连接；支架4圆柱体长度大于下压头7总长度，小于下压头7及活塞杆8长度之和；上压头5外表面分为两段，下半段直径小于上半段，上半段直径与侧壁6内孔直径一致；上端小口直径为5mm～10mm；下半段直径比上半段直径小2mm～5mm；内径比底盘中心孔直径大2～5mm；侧壁6为上端面敞口、下端面开孔的空心圆筒结构，下端面开孔直径与底盘3中心孔径一致。6、所述活塞杆8下端圆盘直径比下压头7外圆直径大4mm～8mm，活塞杆8整体长度大于下压头7长度长5mm～10mm；所述垫片9为圆环，外径比底盘3中心孔直径大4mm～6mm，比侧壁6内孔直径小1mm～3mm；内径比底盘中心孔直径小1mm～3mm。
本发明技术方案还提供了一种利用所述真空浸渍设备的往复式浸渍方法，该方法步骤如下：
1)将侧壁6、筒体2、下压头7依次安装到底盘3上，将活塞杆8推入下压头7顶端后，将底盘3放置于支架4上；
2)将垫片9及裁剪为圆形的陶瓷纤维布依次放置在侧壁6中，再放置一层垫片9，将上压头5安装到侧壁6中，使上压头5与垫片9紧密接触；
3)将陶瓷料浆沿上压头5上端小口注入空腔中；
4)将封盖1安装到筒体2上，封盖1上的一个开口与真空压力表连接，另一个通过管路与真空泵连接；
5)开启真空泵，当真空压力表示数达到0.1Pa时，关闭真空泵，并缓慢向下拉动活塞杆8，直到陶瓷料浆完全进入下压头7中；然后，再次开启真空泵，控制活塞杆8缓慢移动至下压头7顶端；
6)重复步骤5)直到陶瓷料浆完全浸渍到陶瓷纤维布中；
所述陶瓷纤维布为碳化硅纤维、碳纤维、氧化物纤维中的一种。
将垫片9及陶瓷纤维布依次放入侧壁6中时，陶瓷纤维布的数量为2～8个，每两个垫片9中间为陶瓷纤维布。
注入上压头的陶瓷料浆重量需根据陶瓷纤维重量及体积、复合材料纤维体积分数计算获得。
本发明技术方案可有效提高陶瓷纤维预浸料制备过程中料浆的浸渍效果，与手工辊压方法相比，在两种方法制备的预浸料经热压-烧结后，辊压法制备的产品孔隙率约为20％，而通过本技术方案制备的产品孔隙率低于10％，大大提高了产品的质量；同时利用活塞杆的往复运动可实现陶瓷料浆的反复浸渍，也有效提高了浸渍效率。

Claims (10)

1.一种往复式陶瓷纤维真空浸渍设备，其特征在于，包括封盖(1)、筒体(2)、底盘(3)、支架(4)、上压头(5)、侧壁(6)、下压头(7)、活塞杆(8)及多个垫片(9)；筒体(2)为空心筒形结构，上、下两端与封盖(1)及底盘(3)密封连接；底盘(3)为中心开孔的圆盘结构，上下表面设有与中心孔同轴的凸台上表面凸台与侧壁(6)密封连接，下表面凸台与下压头(7)密封连接；支架(4)底部为一圆盘，圆盘边缘均布多个圆柱体，圆柱体上表面与底盘(3)下表面接触，上压头(5)为下端敞口，上端开小口的空心圆筒结构，上压头(5)敞口端装在侧壁(6)内与侧壁(6)密封连接；下压头(7)为空心圆筒形结构，装在底盘(3)下表面凸台内与底盘(3)密封连接，内孔直径大于底盘中心孔直径；活塞杆(8)中心截面为“工”字型结构，上端为橡胶软垫，与下压头(7)内壁紧密配合，垫片(9)装在侧壁(6)与上压头(5)之间。
2.所述封盖(1)为圆盘结构，封盖(1)上带有两个开口，其中一个与真空压力表密封连接，另一个通过管路与真空泵密封连接。
3.所述支架(4)圆柱体长度大于下压头(7)总长度，小于下压头(7)及活塞杆(8)长度之和。
4.所述上压头(5)外表面分为两段，下半段直径小于上半段，上半段直径与侧壁(6)内孔直径一致。
5.所述侧壁(6)为上端面敞口、下端面开孔的空心圆筒结构，下端面开孔直径与底盘(3)中心孔径一致。
6.所述活塞杆(8)下端圆盘直径大于下压头(7)外圆直径，活塞杆(8)整体长度大于下压头(7)长度。
7.垫片(9)为圆环，外径大于底盘(3)中心孔直径，小于侧壁(6)内孔直径；内径小于底盘中心孔直径。
8.如权利要求1-7所述真空浸渍设备的往复式浸渍方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将侧壁(6)、筒体(2)、下压头(7)依次安装到底盘(3)上，将活塞杆(8)推入下压头(7)顶端后，将底盘(3)放置于支架(4)上；
2)将垫片(9)及裁剪为圆形的陶瓷纤维布依次放置在侧壁(6)中，再放置一层垫片(9)，将上压头(5)安装到侧壁(6)中，使上压头(5)与垫片(9)紧密接触；
3)将陶瓷料浆沿上压头(5)上端小口注入空腔中；
4)将封盖(1)安装到筒体(2)上，封盖(1)上的一个开口与真空压力表连接，另一个通过管路与真空泵连接；
5)开启真空泵，当真空压力表示数达到0.1Pa时，关闭真空泵，并缓慢向下拉动活塞杆(8)，直到陶瓷料浆完全进入下压头(7)中；然后，再次开启真空泵，控制活塞杆(8)缓慢移动至下压头(7)顶端；
6)重复步骤5)直到陶瓷料浆完全浸渍到陶瓷纤维布中。
9.根据权利要求6所述的一种利用所述真空浸渍设备的往复式浸渍方法，其特征在于：所述陶瓷纤维布为碳化硅纤维、碳纤维、氧化物纤维中的一种。
10.根据权利要求6所述的一种利用所述真空浸渍设备的往复式浸渍方法，其特征在于：将垫片(9)及陶瓷纤维布依次放入侧壁(6)中时，陶瓷纤维布的数量为2～8个，每两个垫片(9)中间为陶瓷纤维布。
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