CN112495735A - 陶瓷基复材卫星轻质结构件表面平面度处理方法及结构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶瓷基复合材料卫星轻质结构件表面平面度的处理方法及陶瓷基复合材料卫星轻质结构件，以解决陶瓷基复合材料卫星轻质结构件由于材料硬度较高，一般的机械加工难以满足平面度要求，且无法进行高精度刮研，进而导致加工难度增大、产品质量难以保证的问题。该方法包括对陶瓷基复合材料卫星轻质结构件表面进行初步机械加工、清洗并烘干后，在其表面涂抹由环氧树脂胶配制的胶液，待胶液固化形成胶层后，对胶层表面进行超精加工，最后经过刮研使结构件表面平面度达到要求。经过上述方法制得的结构件，其表面平面度满足设计使用要求，且性能良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷基复合材料卫星轻质结构件表面平面度的处理方法及陶瓷基复合材料卫星轻质结构件。
背景技术
陶瓷基复合材料(即陶瓷基复材)是一种兼有金属材料、陶瓷材料和碳材料性能优点的热结构/功能一体化新型材料，具有耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化、抗烧蚀、抗辐照、对裂纹不敏感，不发生灾难性毁损等特点，在机械、航空航天、核、能源等领域有着广泛的应用。陶瓷基复合材料卫星轻质结构件生产过程包括零件、部件、组件装配，CVI化学气象沉积，在线机械加工等工艺过程。由于生产过程中需要进行多次CVI化学气象沉积，沉积时的高温应力变形以及沉积均匀性的差异，会导致结构件安装定位端面的平面度、平行度不能满足使用要求，而需要进行在线加工。但碳化硅材料的硬度高达27GPa，属于难加工材料，加之卫星轻质结构件产品对安装定位端面的平面度、平行度要求较高，平面度误差要求不超过0.008mm，平行度误差要求不超过0.02mm，一般的机械加工难以满足该精度要求，且无法进行高精度刮研，进而导致加工难度增大、产品质量难以保证。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的陶瓷基复合材料卫星轻质结构件在生产过程中，由于多次CVI化学气象沉积导致结构件安装定位端面的平面度、平行度不能满足使用要求，需要进行在线加工，但碳化硅材料硬度较高，一般的机械加工难以满足平面度要求，且无法进行高精度刮研，进而导致加工难度增大、产品质量难以保证的问题，而提供了一种陶瓷基复合材料卫星轻质结构件表面平面度的处理方法及陶瓷基复合材料卫星轻质结构件。
本发明所采用的技术方案是：
一种陶瓷基复材卫星轻质结构件表面平面度处理方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)对结构件表面进行机械加工，初步提高结构件表面的平面度；
2)对结构件进行清洗并烘干；
3)取环氧树脂胶和稀释剂，按质量比4～6：1进行混合，并搅拌至均匀无气泡，得到胶液；
4)将胶液均匀涂抹在结构件表面，厚度为2～5mm；
5)待结构件表面的胶液固化形成胶层后，对胶层表面进行超精加工，使胶层厚度为0.2～0.3mm，且平面度误差不超过0.15mm；
6)对超精加工后的胶层表面进行刮研，使胶层厚度为0.05～0.2mm，且平面度误差不超过0.008mm。
进一步地，步骤3)和步骤4)之间还包括：
a)向胶液中加入碳化锆粉，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅰ；所述碳化锆粉与胶液的质量比为1：10～18。
进一步地，步骤a)和步骤4)之间还包括：
b)向混合胶液Ⅰ中加入碳化硅晶须，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅱ；所述碳化硅晶须与混合胶液Ⅰ的质量比为1：90～100。
进一步地，步骤3)和步骤4)之间还包括：
c)向胶液中加入碳化硅晶须，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅲ；所述碳化硅晶须与胶液的质量比为1：85～90。
进一步地，步骤3)中，所述稀释剂为工业乙醇。
进一步地，步骤3)中，所述环氧树脂胶与稀释剂的质量比为5：1。
进一步地，步骤a)中，所述碳化锆粉与胶液的质量比为1：14。
进一步地，步骤b)中，所述碳化硅晶须与混合胶液Ⅰ的质量比为1：95。
进一步地，步骤5)中，所述固化的方法为：
将经过步骤4)处理后的结构件放置在20～30℃的环境下进行固化，固化时间为65～80小时；
或者，对经过步骤4)处理后的结构件进行加热固化，加热温度为55～65℃，加热时间为6～10小时。
一种陶瓷基复材卫星轻质结构件，其特殊之处在于：
采用上述陶瓷基复材卫星轻质结构件表面平面度处理方法制得。
本发明相比现有技术的有益效果是：
(1)本发明提供的一种陶瓷基复材卫星轻质结构件表面平面度处理方法，通过对结构件表面进行初步机械加工、涂胶、固化、超精加工、刮研，使得结构件表面平面度误差不超过0.008mm，有效提高了结构件表面的平面度，易于满足产品设计使用要求；
(2)使用环氧树脂胶配制的胶液对结构件表面进行处理，可降低结构件表面的机械加工难度，有助于提高机械加工精度，也为后续刮研创造了条件；陶瓷基复合材料属于多孔材料，在结构件表面涂抹胶液，能够保证其表面的平整度和洁净度；环氧树脂胶防水防酸、耐强酸强碱，应用在结构件上可保证结构件满足使用要求；
(3)在胶液中加入碳化锆粉，得到的混合胶液Ⅰ颜色更加贴近陶瓷基复合材料结构件的颜色，保证产品外观颜色统一；
(4)在混合胶液Ⅰ中加入碳化硅晶须，或在胶液中加入碳化硅晶须，得到的混合胶液Ⅱ或混合胶液Ⅲ脆性较低，硬度、耐磨性更好；
(5)本发明提供的一种陶瓷基复材卫星轻质结构件，其表面平面度、平行度均满足设计使用要求，且性能良好，符合航空航天使用标准。
附图说明
图1是本发明实施例一中经步骤1机械加工后的产品表面示意图；
图2是本发明实施例一中经步骤9刮研后的产品表面示意图；
图3是本发明实施例二中经步骤1机械加工后的产品表面示意图；
图4是本发明实施例二中经步骤9刮研后的产品表面示意图；
图5是本发明实施例三中经步骤1机械加工后的产品表面示意图；
图6是本发明实施例三中经步骤9刮研后的产品表面示意图；
图7是本发明实施例四中经步骤1机械加工后的产品表面示意图；
图8是本发明实施例四中经步骤9刮研后的产品表面示意图；
图9是本发明实施例五中经步骤1机械加工后的产品表面示意图；
图10是本发明实施例五中经步骤9刮研后的产品表面示意图。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例一
本实施例为光学遥感卫星前镜筒表面平面度的处理，具体步骤如下：
1)对装配后沉积结束的前镜筒表面进行机械加工，以初步提高产品表面的平面度，即使用金刚石刀具对前镜筒表面进行磨削，使其表面平面度误差降低至0.1mm左右，磨削后的表面如图1所示。由于产品材料硬度较大，导致机械加工难度大，因此经过机械加工后的产品表面平面度误差还达不到产品精度要求。
2)将前镜筒表面清理干净，并进行清洗及烘干。
3)取环氧树脂胶和稀释剂，按质量比4：1进行混合，并搅拌至均匀无气泡，得到胶液，稀释剂为工业乙醇。
4)向胶液中加入碳化锆粉，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅰ，碳化锆粉与胶液的质量比为1：10。
5)向混合胶液Ⅰ中加入碳化硅晶须，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅱ，碳化硅晶须与混合胶液Ⅰ的质量比为1：90。
6)使用毛刷将配制好的混合胶液Ⅱ均匀涂抹在前镜筒表面，厚度为2～5mm，将产品表面周围2mm外的残留胶液用酒精清理干净。
7)将经过步骤6)处理后的前镜筒放置在25℃左右的室内进行固化，约72小时后形成胶层。
8)对胶层表面采用磨削的方法进行超精加工，使胶层厚度为0.2～0.3mm，且平面度误差不超过0.15mm。
9)对超精加工后的胶层表面进行刮研，使胶层厚度为0.05～0.2mm，且平面度误差不超过0.008mm。
经过上述平面度处理后，即可制得所要求的陶瓷基复合材料光学遥感卫星前镜筒，对前镜筒表面的平面度、平行度、粗糙度进行检测，胶层厚度为0.08～0.14mm，平面度误差为0.005mm，平行度误差为0.018mm，表面光滑无肉眼可见纤维纹路，如图2所示，满足设计使用要求。
实施例二
本实施例为光学遥感卫星前镜筒表面平面度的处理，具体步骤如下：
1)对装配后沉积结束的前镜筒表面进行机械加工，以初步提高产品表面的平面度，即使用金刚石刀具对前镜筒表面进行磨削，使其表面平面度误差降低至0.1mm左右，磨削后的表面如图3所示。由于产品材料硬度较大，导致机械加工难度大，因此经过机械加工后的产品表面平面度误差还达不到产品精度要求。
2)将前镜筒表面清理干净，并进行清洗及烘干。
3)取环氧树脂胶和稀释剂，按质量比5：1进行混合，并搅拌至均匀无气泡，得到胶液，稀释剂为工业乙醇。
4)向胶液中加入碳化锆粉，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅰ，碳化锆粉与胶液的质量比为1：12。
5)向混合胶液Ⅰ中加入碳化硅晶须，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅱ，碳化硅晶须与混合胶液Ⅰ的质量比为1：92。
6)使用毛刷将配制好的混合胶液Ⅱ均匀涂抹在前镜筒表面，厚度为2～5mm，将产品表面周围2mm外的残留胶液用酒精清理干净。
7)将经过步骤6)处理后的前镜筒放置在25℃左右的室内进行固化，约72小时后形成胶层。
8)对胶层表面采用磨削的方法进行超精加工，使胶层厚度为0.2～0.3mm，且平面度误差不超过0.15mm。
9)对超精加工后的胶层表面进行刮研，使胶层厚度为0.05～0.2mm，且平面度误差不超过0.008mm。
经过上述平面度处理后，即可制得所要求的陶瓷基复合材料光学遥感卫星前镜筒，对前镜筒表面的平面度、平行度、粗糙度进行检测，胶层厚度为0.12～0.16mm，平面度误差为0.007mm，平行度误差为0.015mm，表面光滑无肉眼可见纤维纹路，如图4所示，满足设计使用要求。
实施例三
本实施例为光学遥感卫星前镜筒表面平面度的处理，具体步骤如下：
1)对装配后沉积结束的前镜筒表面进行机械加工，以初步提高产品表面的平面度，即使用金刚石刀具对前镜筒表面进行磨削，使其表面平面度误差降低至0.1mm左右，磨削后的表面如图5所示。由于产品材料硬度较大，导致机械加工难度大，因此经过机械加工后的产品表面平面度误差还达不到产品精度要求。
2)将前镜筒表面清理干净，并进行清洗及烘干。
3)取环氧树脂胶和稀释剂，按质量比6：1进行混合，并搅拌至均匀无气泡，得到胶液，稀释剂为工业乙醇。
4)向胶液中加入碳化锆粉，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅰ，碳化锆粉与胶液的质量比为1：14。
5)向混合胶液Ⅰ中加入碳化硅晶须，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅱ，碳化硅晶须与混合胶液Ⅰ的质量比为1：95。
6)使用毛刷将配制好的混合胶液Ⅱ均匀涂抹在前镜筒表面，厚度为2～5mm，将产品表面周围2mm外的残留胶液用酒精清理干净。
7)对经过步骤6)处理后的前镜筒放置进行加热固化，加热温度为55℃，加热10小时后形成胶层。
8)对胶层表面采用磨削的方法进行超精加工，使胶层厚度为0.2～0.3mm，且平面度误差不超过0.15mm。
9)对超精加工后的胶层表面进行刮研，使胶层厚度为0.05～0.2mm，且平面度误差不超过0.008mm。
经过上述平面度处理后，即可制得所要求的陶瓷基复合材料光学遥感卫星前镜筒，对前镜筒表面的平面度、平行度、粗糙度进行检测，胶层厚度为0.05～0.11mm，平面度误差为0.004mm，平行度误差为0.013mm，表面光滑无肉眼可见纤维纹路，如图6所示，满足设计使用要求。
实施例四
本实施例为光学遥感卫星前镜筒表面平面度的处理，具体步骤如下：
1)对装配后沉积结束的前镜筒表面进行机械加工，以初步提高产品表面的平面度，即使用金刚石刀具对前镜筒表面进行磨削，使其表面平面度误差降低至0.1mm左右，磨削后的表面如图7所示。由于产品材料硬度较大，导致机械加工难度大，因此经过机械加工后的产品表面平面度误差还达不到产品精度要求。
2)将前镜筒表面清理干净，并进行清洗及烘干。
3)取环氧树脂胶和稀释剂，按质量比4：1进行混合，并搅拌至均匀无气泡，得到胶液，稀释剂为工业乙醇。
4)向胶液中加入碳化锆粉，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅰ，碳化锆粉与胶液的质量比为1：16。
5)向混合胶液Ⅰ中加入碳化硅晶须，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅱ，碳化硅晶须与混合胶液Ⅰ的质量比为1：97。
6)使用毛刷将配制好的混合胶液Ⅱ均匀涂抹在前镜筒表面，厚度为2～5mm，将产品表面周围2mm外的残留胶液用酒精清理干净。
7)对经过步骤6)处理后的前镜筒进行加热固化，加热温度为60℃，加热8小时后形成胶层。
8)对胶层表面采用磨削的方法进行超精加工，使胶层厚度为0.2～0.3mm，且平面度误差不超过0.15mm。
9)对超精加工后的胶层表面进行刮研，使胶层厚度为0.05～0.2mm，且平面度误差不超过0.008mm。
经过上述平面度处理后，即可制得所要求的陶瓷基复合材料光学遥感卫星前镜筒，对前镜筒表面的平面度、平行度、粗糙度进行检测，胶层厚度为0.07～0.15mm，平面度误差为0.006mm，平行度误差为0.017mm，表面光滑无肉眼可见纤维纹路，如图8所示，满足设计使用要求。
实施例五
本实施例为光学遥感卫星前镜筒表面平面度的处理，具体步骤如下：
1)对装配后沉积结束的前镜筒表面进行机械加工，以初步提高产品表面的平面度，即使用金刚石刀具对前镜筒表面进行磨削，使其表面平面度误差降低至0.1mm左右，磨削后的表面如图9所示。由于产品材料硬度较大，导致机械加工难度大，因此经过机械加工后的产品表面平面度误差还达不到产品精度要求。
2)将前镜筒表面清理干净，并进行清洗及烘干。
3)取环氧树脂胶和稀释剂，按质量比5：1进行混合，并搅拌至均匀无气泡，得到胶液，稀释剂为工业乙醇。
4)向胶液中加入碳化锆粉，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅰ，碳化锆粉与胶液的质量比为1：18。
5)向混合胶液Ⅰ中加入碳化硅晶须，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅱ，碳化硅晶须与混合胶液Ⅰ的质量比为1：100。
6)使用毛刷将配制好的混合胶液Ⅱ均匀涂抹在前镜筒表面，厚度为2～5mm，将产品表面周围2mm外的残留胶液用酒精清理干净。
7)对经过步骤6)处理后的前镜筒进行加热固化，加热温度为65℃，加热6小时后形成胶层。
8)对胶层表面采用磨削的方法进行超精加工，使胶层厚度为0.2～0.3mm，且平面度误差不超过0.15mm。
9)对超精加工后的胶层表面进行刮研，使胶层厚度为0.05～0.2mm，且平面度误差不超过0.008mm。
经过上述平面度处理后，即可制得所要求的陶瓷基复合材料光学遥感卫星前镜筒，对前镜筒表面的平面度、平行度、粗糙度进行检测，胶层厚度为0.09～0.17mm，平面度误差为0.007mm，平行度误差为0.018mm，表面光滑无肉眼可见纤维纹路，如图10所示，满足设计使用要求。
此外，上述五个实施例均可做以下调整：
第一种方案，省略步骤5)；
第二种方案，省略步骤4)和5)；
第三种方案，将步骤4)和步骤5)替换为步骤c)，即向胶液中加入碳化硅晶须，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅲ，碳化硅晶须与胶液的质量比分别为1：85、1：87、1：90、1：85、1：87。
其后步骤均做相应调整，亦可制得所要求的陶瓷基复合材料光学遥感卫星前镜筒，且前镜筒表面平面度误差不超过0.008mm。
Claims (10)
1.一种陶瓷基复材卫星轻质结构件表面平面度处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对结构件表面进行机械加工，初步提高结构件表面的平面度；
2)对结构件进行清洗并烘干；
3)取环氧树脂胶和稀释剂，按质量比4～6：1进行混合，并搅拌至均匀无气泡，得到胶液；
4)将胶液均匀涂抹在结构件表面，厚度为2～5mm；
5)待结构件表面的胶液固化形成胶层后，对胶层表面进行超精加工，使胶层厚度为0.2～0.3mm，且平面度误差不超过0.15mm；
6)对超精加工后的胶层表面进行刮研，使胶层厚度为0.05～0.2mm，且平面度误差不超过0.008mm。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基复材卫星轻质结构件表面平面度处理方法，其特征在于：
步骤3)和步骤4)之间还包括：
a)向胶液中加入碳化锆粉，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅰ；所述碳化锆粉与胶液的质量比为1：10～18。
3.根据权利要求2所述的陶瓷基复材卫星轻质结构件表面平面度处理方法，其特征在于：
步骤a)和步骤4)之间还包括：
b)向混合胶液Ⅰ中加入碳化硅晶须，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅱ；所述碳化硅晶须与混合胶液Ⅰ的质量比为1：90～100。
4.根据权利要求1所述的陶瓷基复材卫星轻质结构件表面平面度处理方法，其特征在于：
步骤3)和步骤4)之间还包括：
c)向胶液中加入碳化硅晶须，并搅拌至均匀无气泡，得混合胶液Ⅲ；所述碳化硅晶须与胶液的质量比为1：85～90。
5.根据权利要求1至4任一所述的陶瓷基复材卫星轻质结构件表面平面度处理方法，其特征在于：
步骤3)中，所述稀释剂为工业乙醇。
6.根据权利要求5所述的陶瓷基复材卫星轻质结构件表面平面度处理方法，其特征在于：
步骤3)中，所述环氧树脂胶与稀释剂的质量比为5：1。
7.根据权利要求3所述的陶瓷基复材卫星轻质结构件表面平面度处理方法，其特征在于：
步骤a)中，所述碳化锆粉与胶液的质量比为1：14。
8.根据权利要求7所述的陶瓷基复材卫星轻质结构件表面平面度处理方法，其特征在于：
步骤b)中，所述碳化硅晶须与混合胶液Ⅰ的质量比为1：95。
9.根据权利要求5所述的陶瓷基复材卫星轻质结构件表面平面度处理方法，其特征在于：
步骤5)中，所述固化的方法为：
将经过步骤4)处理后的结构件放置在20～30℃的环境下进行固化，固化时间为65～80小时；
或者，对经过步骤4)处理后的结构件进行加热固化，加热温度为55～65℃，加热时间为6～10小时。
10.一种陶瓷基复材卫星轻质结构件，其特征在于：
采用权利要求1至9任一陶瓷基复材卫星轻质结构件表面平面度处理方法制得。
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