CN114044688A - 一种陶瓷基复合材料基体的增密工装模具及增密方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷基复合材料基体的增密工装模具及增密方法，包括依次密封连接的密封端盖、保形框架和储料底座，保形框架与密封端盖之间设置有平板状纤维预制体，密封端盖的上表面上设置有加注口和进气口，加注口用于与浆料的进料管连通，进气口用于与气泵连接。密封端盖的上表面上设置有排气口、用于连接压力表和安全阀的连接口，排气口用于与真空泵连接。本发明通过保形框架对平板状纤维预制体的夹持，可维持预制体尺寸稳定，可以有效避免在增密过程中由于采用外部加压导致的材料变形，有效减少材料内部在浸渍过程中形成的闭孔，通过气泵的增压可减少重复增密次数，从而提高材料的增密效率，实现陶瓷基复合材料的近净成形。

Description

一种陶瓷基复合材料基体的增密工装模具及增密方法
技术领域
本发明涉及陶瓷基复合材料制备的技术领域，特别是涉及一种陶瓷基复合材料基体的增密工装模具及增密方法。
背景技术
随着航空发动机涡轮工作温度的不断提高，针对发动机的环保要求越来越严苛，美国最新的航空发动机已经采用陶瓷基复合材料作为最新一代发动机的高温结构材料，因此国内亟需开展应用在航空发动机领域中的陶瓷基复合材料的制备研究。
由于陶瓷基复合材料具有传统复合材料制备方法的相通性，且由于实际材料在制备过程中采用浆料浸渍法制备材料，采用传统的制备工艺存在增密过程中材料内部闭孔过多、增密次数繁杂、增密过程中预制体由于密实度尚有欠缺，故在增密过程中容易发生变形、纤维断裂等问题等。
发明内容
本发明的目的是提供一种陶瓷基复合材料基体的增密工装模具及增密方法，以解决上述现有技术存在的问题，使预制体尺寸和形状维持稳定，并提高了材料的增密效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种陶瓷基复合材料基体的增密工装模具，包括依次密封连接的密封端盖、保形框架和储料底座，所述保形框架与所述密封端盖之间设置有平板状纤维预制体，所述密封端盖的上表面上设置有加注口和进气口，所述加注口用于与浆料的进料管连通，所述进气口用于与气泵连接。
优选的，密封端盖的上表面上设置有排气口，所述排气口用于与真空泵连接。
优选的，所述密封端盖的上表面上设置有用于连接压力表和安全阀的连接口。
优选的，所述保形框架和所述储料底座的上表面沿周向均设置有一圈压槽。
优选的，所述保形框架为一矩形框架，所述平板状纤维预制体的两侧分别设置一夹持限位板，所述夹持限位板为网面夹板，所述网面夹板的侧面固定连接。
优选的，所述密封端盖的下表面和所述储料底座的上表面均设置有凹槽，所述密封端盖和所述储料底座的壁厚均大于所述保形框架的壁厚，所述保形框架与所述密封端盖和所述储料底座分别通过螺栓连接。
本发明还涉及一种陶瓷基复合材料基体的增密方法，基于上述的陶瓷基复合材料基体的增密工装模具，先将平板状纤维预制体装夹在两块夹持限位板之间或者保形框架中的压槽中，再将所述保形框架与所述密封端盖和储料底座组装成一个浸渍腔室，并在所述密封端盖上连接进料管、气泵和真空泵；通过真空泵对所述浸渍腔室抽真空后，打开进料管将浆料引入所述平板状纤维预制体与所述密封端盖形成的上腔室，静置的设定时间后，打开气泵对上腔室进行增压，保压结束后打开排气口上的放气阀进行放气，取出浸渍一次后平板状纤维预制体进行烘干和烧结；重复以上操作步骤，直至浸渍后的平板状纤维预制体的增重率小于2％-10％后停止。
优选的，所述真空泵对所述浸渍腔室抽真空时，当真空度达到0.05MPa-0.1MPa时停止，所述浆料静置的设定时间为5min。
优选的，所述气泵对所述上腔室进行增压的压力值到5MPa后保持30min。
优选的，所述烘干的温度为60℃-120℃，所述烧结的温度为1000℃-1600℃、时间为1h。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明通过保形框架对平板状纤维预制体的夹持，可维持预制体尺寸稳定，可以有效避免在增密过程中由于采用外部加压导致的材料变形，有效减少材料内部在浸渍过程中形成的闭孔，通过气泵的增压可减少重复增密次数，从而提高材料的增密效率，实现陶瓷基复合材料的近净成形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明陶瓷基复合材料基体的增密工装模具的结构示意图一；
图2为本发明陶瓷基复合材料基体的增密工装模具的结构示意图二；
图3为本发明陶瓷基复合材料基体的增密工装模具的剖视结构示意图；
图4为本发明中网面夹板的结构示意图；
其中：1-陶瓷基复合材料基体的增密工装模具，2-密封端盖，3-保形框架，4-储料底座，5-加注口，6-进气口，7-排气口，8-连接口，9-压槽，10-网面夹板，11-平板状纤维预制体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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付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。
本发明的目的是提供一种陶瓷基复合材料基体的增密工装模具及增密方法，以解决现有技术存在的问题，使预制体尺寸和形状维持稳定，并提高了材料的增密效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图4所示：本实施例提供了一种陶瓷基复合材料基体的增密工装模具1，包括依次密封连接的密封端盖2、保形框架3和储料底座4，保形框架3与密封端盖2之间设置有平板状纤维预制体11，密封端盖2的上表面上设置有加注口5和进气口6，加注口5用于与浆料的进料管连通，进气口6用于与气泵连接。密封端盖2的上表面上设置有排气口，排气口用于与真空泵连接。密封端盖2的上表面上设置有用于连接压力表和安全阀的连接口8，安全阀可保证充气气压的压力超过容器的强度时，将过高的气压释放，防止容器压力过高爆炸。平板状纤维预制体11是多孔结构的。
保形框架3和储料底座4的上表面沿周向均设置有一圈压槽9。保形框架3为一矩形框架，可根据平板状纤维预制体11的尺寸需求设计保形框架3内部空腔的具体形状，平板状纤维预制体11的两侧分别设置一夹持限位板，夹持限位板为网面夹板10，网面夹板10的侧面固定连接用于夹持平板状纤维预制体11并保持其形状，且保形框架3和夹持限位板均采用316L不锈钢材质。网面夹板10能够维持平板状纤维预制体11在浆料浸渍过程中的形状和尺寸的稳定，减少其基体内部的裂纹和重复增密的次数，从而提高增密效率。封端盖的下表面和储料底座4的上表面均设置有凹槽，与保形框架3形成一浸渍腔室，密封端盖2和储料底座4的壁厚均大于保形框架3的壁厚，保形框架3与密封端盖2和储料底座4分别通过螺栓连接，确保浸渍腔室的气密性良好，储料底座4内的凹槽可用于容纳渗透过来的多余的浆料。安装时，先将平板状纤维预制体11放在两块网面夹板10之间并固定或者将平板状纤维预制体11直接放置于保形框架3中的压槽9中，网面夹板10夹持的平板状纤维预制体11可放置于保形框架3中(储料底座4的上表面上)，再将保形框架3与密封端盖2和储料底座4分别通过螺栓连接，且保障三者形成的腔室气密性良好并有一定的耐压性，并在所述密封端盖2上连接进料管、气泵和真空泵。
本发明还涉及一种陶瓷基复合材料基体的增密方法，基于上述的陶瓷基复合材料基体的增密工装模具1，先将平板状纤维预制体11装夹在两块夹持限位板之间或者保形框架3中的压槽9中，再将保形框架3与密封端盖2和储料底座4组装成一个浸渍腔室，并在密封端盖2上连接进料管、气泵和真空泵；通过真空泵对浸渍腔室抽真空后，打开进料管将浆料引入平板状纤维预制体11与密封端盖2形成的上腔室，静置的设定时间后，打开气泵对上腔室进行增压，保压结束后打开排气口上的放气阀进行放气，取出浸渍一次后平板状纤维预制体11进行烘干和烧结；重复以上操作步骤，直至浸渍后的平板状纤维预制体11的增重率小于2％-10％后停止。其中，真空泵对浸渍腔室抽真空时，当真空度达到0.05MPa-0.1MPa时停止，可加速浆料的渗透速度，浆料静置的设定时间为5min。气泵对上腔室进行增压，直至压力表的压力值达到5MPa后，保持30min，加速浆料的渗透速度。烘干的温度为60℃-120℃，烧结的温度为1000℃-1600℃、时间为1h，由于浆料是水基的液体，烘干可避免浆料流走。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种陶瓷基复合材料基体的增密工装模具，其特征在于：包括依次密封连接的密封端盖、保形框架和储料底座，所述保形框架与所述密封端盖之间设置有平板状纤维预制体，所述密封端盖的上表面上设置有加注口和进气口，所述加注口用于与浆料的进料管连通，所述进气口用于与气泵连接。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料基体的增密工装模具，其特征在于：密封端盖的上表面上设置有排气口，所述排气口用于与真空泵连接。
3.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料基体的增密工装模具，其特征在于：所述密封端盖的上表面上设置有用于连接压力表和安全阀的连接口。
4.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料基体的增密工装模具，其特征在于：所述保形框架和所述储料底座的上表面沿周向均设置有一圈压槽。
5.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料基体的增密工装模具，其特征在于：所述保形框架为一矩形框架，所述平板状纤维预制体的两侧分别设置一夹持限位板，所述夹持限位板为网面夹板，所述网面夹板的侧面固定连接。
6.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料基体的增密工装模具，其特征在于：所述密封端盖的下表面和所述储料底座的上表面均设置有凹槽，所述密封端盖和所述储料底座的壁厚均大于所述保形框架的壁厚，所述保形框架与所述密封端盖和所述储料底座分别通过螺栓连接。
7.一种陶瓷基复合材料基体的增密方法，基于权利要求1-6中任意一项所述的陶瓷基复合材料基体的增密工装模具，其特征在于：先将平板状纤维预制体装夹在两块夹持限位板之间或者保形框架中的压槽中，再将所述保形框架与所述密封端盖和储料底座组装成一个浸渍腔室，并在所述密封端盖上连接进料管、气泵和真空泵；通过真空泵对所述浸渍腔室抽真空后，打开进料管将浆料引入所述平板状纤维预制体与所述密封端盖形成的上腔室，静置的设定时间后，打开气泵对上腔室进行增压，保压结束后打开排气口上的放气阀进行放气，取出浸渍一次后平板状纤维预制体进行烘干和烧结；重复以上操作步骤，直至浸渍后的平板状纤维预制体的增重率小于2％-10％后停止。
8.根据权利要求7所述的陶瓷基复合材料基体的增密方法，其特征在于：所述真空泵对所述浸渍腔室抽真空时，当真空度达到0.05MPa-0.1MPa时停止，所述浆料静置的设定时间为5min。
9.根据权利要求7所述的陶瓷基复合材料基体的增密方法，其特征在于：所述气泵对所述上腔室进行增压的压力值到5MPa后保持30min。
10.根据权利要求7所述的陶瓷基复合材料基体的增密方法，其特征在于：所述烘干的温度为60℃-120℃，所述烧结的温度为1000℃-1600℃、时间为1h。
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