CN115181959A - 大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装及加工方法、使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装及加工方法和使用方法，解决了大型薄壁陶瓷基复合材料件在加工沉积过程中限位不牢靠、控制精度差等问题。本发明中加工沉积工装包括两个形状、结构相同的石墨模具，石墨模具上设有多个缝制孔；所述缝制孔分为柱形孔和两段孔，缝制孔中的5％～8％为两段孔，靠近石墨模具型面体外表面一端为锥形孔，远离石墨模具型面体外表面一端为柱形孔；每个锥形孔内可对应放置一个石墨支撑稍，所述石墨支撑稍的尾部为锥形体，位于锥形孔内，形状与锥形孔的形状相适配，石墨支撑稍头部伸出锥形孔的外部，形状为球面体；所述锥形体的锥面线与球面体的球面相切。同时本发明还提供了上述工装的加工方法和使用方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷基复合材料件加工沉积工装及加工方法和使用方法，具体涉及一种大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装及加工方法和使用方法。
背景技术
在现有技术中，由于陶瓷基复合材料成型工艺技术的限制，材料制备过程易出现变形，尤其针对大尺寸薄壁结构件在化学气象浸渗(CVI)时，由于沉积炉内的温度极高，脱模后继续沉积时会出现高温变形情况，变形发生后，将会导致陶瓷基复合材料件无法进行产品装配，或直接报废。
在公开号为CN112475648A的中国发明专利中，公开了一种陶瓷基复合材料结构件铆焊防变形工装及方法。其技术方案采用石墨工装、石墨螺栓及孔位配合等技术手段防止变形。其缺点是：在多炉次沉积时，重复定位精度差、工装设计笨重、工装使用操作过程繁琐、沉积过程控制精度差、生产制备周期长。
在公开号为CN112661521A的中国发明专利中，公开了一种陶瓷基复合材料零件沉积校型工装及方法，在公开号为CN112645716A的中国发明专利中，公开了一种陶瓷基复合材料零件沉积校型工装及方法。上述两项专利公开的技术方案均为带有豁口槽的沉积工装，通过豁口槽对平板复合材料件型面进行限位控制，依然存在限位不牢靠、控制精度差、周转过程平板复合材料件易脱落、工装结构刚性差等诸多不足，无法满足薄壁件制备精度要求。因此，进一步提升陶瓷基复合材料件尤其是大尺寸薄壁复合材料件制备精度具有重要意义。
发明内容
本发明目的是解决现有技术存在重复定位精度差、工装设计笨重，工装使用操作过程繁琐、沉积过程控制精度差、生产制备周期长，或者是限位不牢靠、控制精度差、周转过程平板工装易脱落、工装结构刚性差等缺点，而提供一种大型薄壁陶瓷基复合材料件沉积工装及加工方法和使用方法。
为实现上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：
一种大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装，其特殊之处在于：
包括至少一组石墨模具和多个石墨支撑销；
所述一组石墨模具包括两个形状、结构相同的第一石墨模具和第二石墨模具，每个石墨模具包括支撑体和型面体，型面体的外表面为加工型面，支撑体的上部与型面体的内表面相连接，支撑体的下部底面为平面；
所述加工型面的形状与待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件的型面形状相匹配；
所述加工型面上均匀设置有多个贯通型面体的缝制孔，缝制孔包括柱形孔和两段孔，其中柱形孔用于在化学气象浸渗时浸渗气体的均匀通过；
所述缝制孔中的5％-8％为两段孔，两段孔靠近加工型面的一端为锥形孔，远离加工型面表面的一端为柱形孔；所述锥形孔的小端直径与柱形孔的直径一致并连接；所述两段孔均布在加工型面的表面；
所述锥形孔的锥角角度为60°-120°,所述锥形孔的深度为石墨模具型面体壁厚的0.33-0.34；
所述石墨支撑稍包括石墨支撑稍尾部和石墨支撑稍头部，石墨支撑稍尾部形状为锥形体，与锥形孔的形状相适配，石墨支撑稍头部形状为球面体，所述锥形体的锥面线与球面体的球面相切；
每个锥形孔用于放置一个石墨支撑稍，所述石墨支撑稍尾部可置于锥形孔内，石墨支撑稍头部可伸出锥形孔的外部。
进一步地，定义石墨支撑稍头部球面体半径为R、缝制孔中柱形孔的半径为R1、石墨支撑稍头部球面体半径变化量为△r，则R、R1、△r之间满足以下公式：R＝R1+0.5mm+△r；式中0.5mm为经验数值。
进一步地，所述石墨支撑销头部球面体半径变化量△r与待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件去除余量△t、锥形孔的锥角角度a之间满足计算公式：△t＝K×△r，其中K为大型薄壁陶瓷基复合材料件型面抬高偏置系数，其取值由锥形孔的锥角角度a、柱形孔的半径R1确定。
进一步地，所述锥形孔的锥孔角度a分别为60°、90°、120°，所对应的K取值为3、
进一步地，所述锥形孔的深度为石墨模具型面体壁厚的1/3；所述缝制孔中柱形孔的孔径为Φ4-Φ5mm，孔心距为10-15mm，呈矩形阵列排布。
同时，本发明还提供了一种上述大型薄壁陶瓷基复合材件加工沉积工装的加工方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)加工两个形状、结构相同的第一石墨模具和第二石墨模具毛坯料，每个石墨模具包括支撑体和型面体，型面体的外表面形状与待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件的表面相匹配，支撑体的上部与型面体的内表面相连接，支撑体的下部底面为平面，所述型面体上均匀设置有多个贯通型面体的缝制孔，缝制孔为柱形孔，其半径为R1；
2)在第一石墨模具和第二石墨模具型面体的缝制孔中选取5-8％，在靠近型面体外表面的一端加工锥形孔，锥形孔的锥角角度a为60°-120°，锥形孔小端直径与柱形孔的直径一致，锥形孔同与之连接的柱形孔一起构成两段孔，即得到第一石墨模具和第二石墨模具；
3)加工石墨支撑销
3.1)确定石墨支撑销头部球面体的半径R，球面体的半径R需满足使石墨支撑稍的头部伸出锥形孔外部；
3.2)根据石墨支撑销头部球面体的半径R、锥形孔的锥角角度a，加工出多个头部为球面体、尾部为锥形体的石墨支撑销，即完成大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装的加工。
进一步地，所述步骤3.1)具体为：
3.1.1)根据公式△t＝K×△r确定△r的数值，其中K取值分别为3、
所对应的锥形孔的锥孔角度a分别为60°、90°、120°；
3.1.2)根据公式R＝R1+0.5mm+△r，分别确定石墨支撑销头部球面体的半径R。
同时，本发明还提供了一种上述大型薄壁陶瓷基复合材件加工沉积工装的使用方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)将待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件A侧表面和B侧表面进行打磨、抛光、清理、清洗及烘干；其中A侧表面和B侧表面分别为待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件的下表面和上表面；
2)以第一石墨模具为加工工装，将待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件的A侧表面放置于第一石墨模具型面体的外表面上，并使其外形周边与第一石墨模具外形周边齐平，对B侧表面进行去除余量加工；所述去除余量为待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件尺寸多出所要求大型薄壁陶瓷基复合材料件设计尺寸的多余部分；
3)在第二石墨模具中的锥形孔内涂抹粘合剂，再将加工好的石墨支撑销21装入涂有粘合剂的锥形孔内，将步骤2)中去除余量的待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件从第一石墨模具上取下，将其B侧表面与第二石墨模具型面体外表面的石墨支撑销贴合，并使其外形周边与第二石墨模具外形周边齐平；
4)对步骤3)中的待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件的A侧表面进行去除余量加工；
5)在第一石墨模具中的锥形孔内涂抹粘合剂，将加工好的石墨支撑销装入涂有粘合剂的锥形孔内，将第一石墨模具扣合到步骤4)中待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件的A侧表面，并使其外形周边与第一石墨模具外形周边齐平；
6)将与石墨模具固定好的待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件放入沉积炉内，并按照预设要求进行CVI沉积精度控制，即可得到加工沉积后的大型薄壁陶瓷基复合材料件。
进一步地，步骤6)中，所述CVI沉积精度控制为，控制时间在30-45h，沉积温度在850-1000℃，反应气体为三氯甲基硅烷、氩气、氢气。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明相较于现有的陶瓷基复合材料件加工工装，优点在于：
a、实现了装炉沉积、过程校型、加工工装多种功能集成。
b、本发明所设计的锥形孔以及与锥形孔的形状相适配的石墨支撑销，不仅满足了沉积过程防变形、校型及支撑定位的作用，同时还给出了锥形孔的不同锥角角度所对应的石墨支撑销尺寸的精确计算方法，可根据复合材料件加工余量来确定出适合的石墨支撑销规格尺寸，通过石墨支撑销与锥孔的配合从而提高了复合材料件的控制精度。
c、本发明通过不同规格尺寸的石墨支撑销组合使用，不仅适用于等去除余量大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积，更适用于不等去除余量大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积，从而降低了大型薄壁陶瓷基复合材料件在加工中的断层风险，减少了加工对性能的影响。
2、本发明相较于现有的大型薄壁陶瓷基复合材料件沉积加工功法，采用石墨支撑销头部球面体露出石墨模具型面体外表面的高度来补偿大型薄壁陶瓷基复合材料件型面加工去除余量，在复合材料件沉积过程中优点在于：
a、增加了大型薄壁陶瓷基复合材料件与沉积反应气氛的接触面积，提高了沉积效率。
b、由于大型薄壁陶瓷基复合材料件与石墨模具之间存在石墨支撑销对反应气氛的扰阻作用，增大了反应气氛在大型薄壁陶瓷基复合材料件表面的滞留时间，进一步有利于基体及涂层沉积。
c、石墨支撑销可根据规格建立加工标准，提前加工入库备用，沉积加工过程根据需要使用，进一步降低生产成本，提升生产效率。
d、石墨支撑销头部球面体露出石墨模具型面体外表面的高度,保证大型薄壁陶瓷基复合材料件在去除余量后能够稳定放置在石墨模具的型面体外表面上，不会应为去除余量导致大型薄壁陶瓷基复合材料件在沉积过程中发生晃动。
e、适用于薄壁陶瓷基复合材料件沉积加工过程精度控制，尤其适用于大尺寸薄壁陶瓷基复合材料件沉积加工，对此类陶瓷基复合材料件制备精度提升具有重要意义。
附图说明
图1是本发明实施例一所使用的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装与大型薄壁陶瓷基复合材料件合模后的结构示意图；
图2是图1中大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装的第一石墨模具结构示意图；
图3是图2大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装的第一石墨模具俯视图；
图4是图3的F-F剖视图；
图5是图4的C处放大结构示意图；
图6是本发明实施例一中待加工的大型薄壁陶瓷复合材料件的结构示意图；
图7是本发明实施例一中，以第一石墨模具为加工工装，对待加工的大型薄壁陶瓷复合材料件B侧表面去除余量时的结构示意图；
图8是将待加工的大型薄壁陶瓷复合材料件B侧表面与第二石墨模具合模后的俯视图；
图9是图8的G-G剖视图；
图10是图9的D处放大图；
图11是本发明实施例一中，对待加工的大型薄壁陶瓷复合材料件A侧表面去除余量时的结构示意图；
图12是本发明实施例一中，将第一石墨模具与大型薄壁陶瓷基复合材料件A侧表面固定、整体合模后的结构示意图；
图13是图12的E处放大图。
附图明细如下：
1-大型薄壁陶瓷基复合材料件，2-加工沉积工装，10-B侧表面表，11-A侧表面，20-石墨模具，200-缝制孔，201-锥形孔，21-石墨支撑销，210-石墨支撑销头部，211-型面支撑沉积间隙，202-型面体，203-支撑体。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。
实施例一
参见图1至图5，本发明一种大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装2，具体包括一组石墨模具20和多个石墨支撑销21；所述一组石墨模具20包括两个形状、结构相同的第一石墨模具和第二石墨模具，每个石墨模具包括支撑体203和型面体202，型面体202的外表面为加工型面，用于对待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件1进行加工，支撑体203的上部与型面体202的内表面相连接，支撑体203的侧面留有透气孔，下部底面为平面，用于放置在加工设备的工作台面上；加工型面的形状与待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件1的型面形状相匹配；加工型面上均匀设置有多个贯通型面体的缝制孔200，缝制孔200包括柱形孔和两段孔，其中柱形孔用于在化学气象浸渗时浸渗气体的均匀通过；缝制孔200中的8％为两段孔，两段孔靠近加工型面表面的一端为锥形孔201，远离加工型面的一端为柱形孔；所述锥形孔201的小端直径与柱形孔的直径相同并连接；所述两段孔均布在加工型面的表面；锥形孔201的锥角角度a为60°,所述锥形孔201深度为石墨模具20型面体壁厚的0.33；每个锥形孔201用于放置一个石墨支撑稍21；所述石墨支撑稍21包括石墨支撑稍尾部和石墨支撑稍头部210，石墨支撑稍尾部形状为锥形体，与锥形孔201的形状相适配，石墨支撑稍头部210形状为球面体，所述锥形体的锥面线与球面体的球面相切；所述石墨支撑稍尾部可置于锥形孔201内，石墨支撑稍头部210可伸出锥形孔201的外部。
参见图6，本发明实施例一中的待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件1为大型薄壁陶瓷基壁板件，是一个在纵向上有起伏、在水平方向上为矩形的板状薄壁陶瓷复合材料件。
上述加工沉积工装的加工具体步骤如下：
1)加工两个形状、结结构相同的第一石墨模具毛坯料和第二石墨模具毛坯料，每个石墨模具毛坯料均包括支撑体203和型面体202，型面体202的外表面形状与待加工大型薄壁陶瓷基壁板件1的表面相匹配，支撑体203的上部与型面体202的内表面相连接，支撑体203的侧面留有透气孔，下部底面为平面，所述型面体202上均匀设置有多个贯通型面体202的缝制孔200，缝制孔200为柱形孔，其半径R1为2.5mm，孔心距为10mm；
2)在第一石墨模具毛坯料和第二石墨模具毛坯料型面体202上的缝制孔200中选取8％，在靠近型面体202外表面的一端加工锥形孔201，锥形孔201的锥角角度a为60°，锥形孔201深度为石墨模具20型面体202壁厚的0.33，锥形孔201小端直径与柱形孔的直径一致，锥形孔201同与之连接的柱形孔一起构成两段孔，即得到第一石墨模具和第二石墨模具，参见图2；
3)加工石墨支撑销
3.1)确定石墨支撑销头部210球面体的半径R；
3.1.1)根据公式△t＝K×△r确定△r的数值，其中锥形孔201的锥角角度a为60°,待加工大型薄壁陶瓷基壁板件的A侧表面11去除余量△t为3mm、B侧表面10去除余量△t为1.5mm，根据公式△t＝K×△r确定△r的数值，其中K为大型薄壁陶瓷基复合材料件型面抬高偏置系数，其取值可通过锥形孔201的锥角角度a、柱形孔的半径R1计算获得，具体计算过程如下：
△t＝R-(R1+0.5mm-X)
＝(R1+0.5mm+△r)-(R1+0.5mm-X)
＝△r+X
＝△r+{(Rcos30°/tan30°+R/2)-[(R1+0.5mm)cos30°/tan30°+(R1+0.5mm)/2]}
＝△r+2△r
＝3△r
上述公式中X为石墨支撑销头部210球面体球心在锥形孔201内沿轴线的高度变化量，将计算出的K值以及△t带入公式△t＝K×△r中，得到B侧表面10去除余量△t加工时，第二石墨模具上锥形孔201所使用的石墨支撑稍头部210球面体半径变化量△r值为0.5mm，得到A侧表面11去除余量△t加工时，第一石墨模具上锥形孔201所使用的石墨支撑稍头部210球面体半径变化量△r值为1mm。
3.1.2)根据公式R＝R1+0.5mm+△r，分别确定石墨支撑销头部210球面体的半径R，其中第二石墨模具上的石墨支撑销头部210球面体半径R为3.5mm，第一石墨模具上的石墨支撑销头部210球面体半径R为4mm。
3.2)根据第二石墨模具上的石墨支撑销头部210球面体半径R为3.5mm，第一石墨模具上的石墨支撑销头部210球面体半径R为4mm、锥形孔201的锥角角度a为60°，加工出多个头部为球面体、尾部为锥形体的石墨支撑销21，即完成大型薄壁陶瓷基复合壁板件加工沉积工装的加工。
使用上述加工沉积工装2对待加工大型薄壁陶瓷基壁板件加工的具体步骤如下：
1)将待加工大型薄壁陶瓷基壁板件进行打磨、抛光、清理干净、清洗及烘干；
2)以第一石墨模具为加工工装，将待加大型薄壁陶瓷基工壁板件的A侧表面11放置于第一石墨模具型面体202的外表面上，外形周边与第一石墨模具外形周边齐平，对B侧表面10进行去除余量加工；其中去除余量为1.5mm，保证型面轮廓度偏差≤0.05mm，参见图7；
3)在第二石墨模具中的锥形孔201内涂抹粘合剂，再将球面体半径R为3.5mm的石墨支撑销21装入涂有粘合剂的锥形孔201内，将步骤2)中去除余量的待加工大型薄壁陶瓷基壁板件从第一石墨模具上取下，将其B侧表面10与第二石墨模具型面体202外表面的石墨支撑销21贴合，外形周边与第二石墨模具外形周边齐平，参见图8-图10；
4)对步骤3)中的待加工大型薄壁陶瓷基壁板件的A侧表面11进行去除余量加工，其中去除余量为3mm，参见图11；
5)在第一石墨模具中的锥形孔201内涂抹粘合剂，再将球面体半径R为4mm的石墨支撑销21装入涂有粘合剂的锥形孔201内，将第一石墨模具扣合到步骤4)中壁板件的A侧表面11，外形周边与第一石墨模具外形周边齐平，参见图12和图13；
6)将与石墨模具20固定好的待加工大型薄壁陶瓷基壁板件放进沉积炉内，并进行CVI沉积精度控制，沉积气氛通过型面支撑沉积间隙211进入待加工大型薄壁陶瓷基壁板件表面进行沉积，其中炉内沉积时为间40±2h，沉积温度为930±20℃，反应气体为三氯甲基硅烷、氩气、氢气。
实施例二：
本实施例中所采用的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装与实施例一不同的是缝制孔200中柱形孔直径R1为2.25mm,缝制孔200孔心距为12mm，缝制孔200中选取7％为锥形孔201，锥形孔201深度为1/3，锥形孔201锥角角度a为90°，石墨支撑销头部210球面体半径R以及锥形体的锥角角度，其余部分结构相同。
本实施例所采用的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装的加工方法中，待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件1为大型薄壁陶瓷基蒙皮件，其A侧表面11和B侧表面10的除去余量都为2.5mm，石墨支撑销头部210球面体半径R计算方法如下：
根据公式△t＝K×△r确定△r的数值，其中K取值可通过锥形孔201的锥角角度a、柱形孔的半径R1计算获得，具体计算过程如下：
上述公式中X为石墨支撑销头部210球面体球心在锥形孔201内沿轴线的高度变化量。将去除余量△t带入公式△t＝K×△r中，得到△r的值为
将△r带入公式R＝R1+0.5mm+△r中，计算出第一石墨支撑销头部半径R和第二石墨支撑销头部半径R整数值为4mm，其余加工步骤与实施例一相同。
本实施例在使用上述加工沉积工装2对待加工大型薄壁陶瓷基蒙皮件的加工步骤与实施例一相同。
实施例3：
本实施例所采用的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装与实施例一不同的是缝制孔200中柱形孔直径R1为2mm，缝制孔200孔心距为15mm，缝制孔200中选取5％为锥形孔201，锥形孔201深度为0.34，锥形孔201锥角角度a为120°，石墨支撑销头部210球面体半径R以及锥形体的锥角角度，其余部分结构相同。
本实施例所采用的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装的加工方法中，待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件1为大型薄壁陶瓷基盖板件，其A侧表面11和B侧表面10的除去余量为都为3mm，石墨支撑销头部210球面体半径R计算方法如下：
根据公式△t＝K×△r确定△r的数值，其中K取值可通过锥形孔201的锥角角度a、柱形孔的半径R1计算获得，具体计算过程如下：
上述公式中X为石墨支撑销头部210球面体球心在锥形孔201内沿轴线的高度变化量，将去除余量△t带入公式△t＝K×△r中，得到△r的值为
将△r带入公式R＝R1+0.5mm+△r中，计算出石墨支撑销头部半径R值保留一位小数为4.5mm，其余加工步骤与实施例一相同。
Claims (9)
1.一种大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装，其特征在于：
包括至少一组石墨模具(20)和多个石墨支撑销；
所述一组石墨模具(20)包括两个形状、结构相同的第一石墨模具和第二石墨模具，每个石墨模具包括支撑体(203)和型面体(202)，型面体(202)的外表面为加工型面，支撑体(203)的上部与型面体(202)的内表面相连接，支撑体(203)的下部底面为平面；
所述加工型面的形状与待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件(1)的型面形状相匹配；
所述加工型面上均匀设置有多个贯通型面体(202)的缝制孔(200)，缝制孔(200)包括柱形孔和两段孔，其中柱形孔用于在化学气象浸渗时浸渗气体的均匀通过；
所述缝制孔(200)中的5％-8％为两段孔，两段孔靠近加工型面的一端为锥形孔(201)，远离加工型面表面的一端为柱形孔；所述锥形孔(201)的小端直径与柱形孔的直径一致并连接；所述两段孔均布在加工型面的表面；
所述锥形孔(201)的锥角角度为60°-120°,所述锥形孔(201)的深度为石墨模具(20)型面体(202)壁厚的0.33-0.34；
所述石墨支撑稍(21)包括石墨支撑稍尾部和石墨支撑稍头部(210)，石墨支撑稍尾部形状为锥形体，与锥形孔(201)的形状相适配，石墨支撑稍头部(210)形状为球面体，所述锥形体的锥面线与球面体的球面相切；
每个锥形孔(201)用于放置一个石墨支撑稍(21)，所述石墨支撑稍尾部可置于锥形孔(201)内，石墨支撑稍头部(210)可伸出锥形孔(201)的外部。
2.根据权利要求1所述的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装，其特征在于：
定义石墨支撑稍头部(210)球面体半径为R、缝制孔(200)中柱形孔的半径为R1、石墨支撑稍头部(210)球面体半径变化量为△r，则R、R1、△r之间满足以下公式：R＝R1+0.5mm+△r；式中0.5mm为经验数值。
3.根据权利要求2所述的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装，其特征在于：
所述石墨支撑销头部(210)球面体半径变化量△r与待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件(1)去除余量△t、锥形孔(201)的锥角角度a之间满足计算公式：△t＝K×△r，其中K为大型薄壁陶瓷基复合材料件型面抬高偏置系数，其取值由锥形孔(201)的锥角角度a、柱形孔的半径R1确定。
4.根据权利要求1-3任一所述的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装，其特征在于：所述锥形孔(201)的锥孔角度a分别为60°、90°、120°，所对应的K取值为3、
5.根据权利要求1所述的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装，其特征在于：
所述锥形孔(201)的深度为石墨模具(20)型面体(202)壁厚的1/3；
所述缝制孔(200)中柱形孔的孔径为Φ4-Φ5mm，孔心距为10-15mm，呈矩形阵列排布。
6.一种权利要求1-5任一所述的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)加工两个形状、结构相同的第一石墨模具毛坯料和第二石墨模具毛坯料，每个石墨模具毛坯料均包括支撑体(203)和型面体(202)，型面体(202)的外表面形状与待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件(1)的表面相匹配，支撑体(203)的上部与型面体(202)的内表面相连接，支撑体(203)的下部底面为平面，所述型面体(202)上均匀设置有多个贯通型面体(202)的缝制孔(200)，缝制孔(200)为柱形孔，其半径为R1；
2)在第一石墨模具毛坯料和第二石墨模具毛坯料型面体(202)上的缝制孔(200)中选取5-8％，在靠近型面体(202)外表面的一端加工锥形孔(201)，锥形孔(201)的锥角角度a为60°-120°，锥形孔(201)小端直径与柱形孔的直径一致，锥形孔(201)同与之连接的柱形孔一起构成两段孔，即得到第一石墨模具和第二石墨模具；
3)加工石墨支撑销
3.1)确定石墨支撑销头部(210)球面体的半径R，球面体的半径R需满足使石墨支撑稍头部(210)伸出锥形孔(201)外部；
3.2)根据石墨支撑销头部(210)球面体的半径R、锥形孔(201)的锥角角度a，加工出多个头部为球面体、尾部为锥形体的石墨支撑销(21)，即完成大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装的加工。
7.根据权利要求6所述的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装的加工方法，其特征在于，步骤3.1)具体为：
3.1.1)根据公式△t＝K×△r确定△r的数值，其中K取值分别为3、
所对应的锥形孔(201)的锥角角度a分别为60°、90°、120°；
3.1.2)根据公式R＝R1+0.5mm+△r，分别确定石墨支撑销头部(210)球面体的半径R。
8.一种权利要求1-5任一所述的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件(1)A侧表面(11)和B侧表面(10)进行打磨、抛光、清理、清洗及烘干；其中A侧表面(11)和B侧表面(10)分别为待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件(1)的下表面和上表面；
2)以第一石墨模具为加工工装，将待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件(1)的A侧表面(11)放置于第一石墨模具型面体(202)的外表面上，并使其外形周边与第一石墨模具外形周边齐平，对B侧表面(10)进行去除余量加工；所述去除余量为待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件(1)尺寸多出所要求大型薄壁陶瓷基复合材料件设计尺寸的多余部分；
3)在第二石墨模具中的锥形孔(201)内涂抹粘合剂，再将加工好的石墨支撑销(21)装入涂有粘合剂的锥形孔(201)内，将步骤2)中去除余量的待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件(1)从第一石墨模具上取下，将其B侧表面(10)与第二石墨模具型面体(202)外表面的石墨支撑销(21)贴合，并使其外形周边与第二石墨模具外形周边齐平；
4)对步骤3)中的待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件(1)的A侧表面(11)进行去除余量加工；
5)在第一石墨模具中的锥形孔(201)内涂抹粘合剂，将加工好的石墨支撑销(21)装入涂有粘合剂的锥形孔(201)内，将第一石墨模具扣合到步骤4)中待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件(1)的A侧表面(11)，并使其外形周边与第一石墨模具外形周边齐平；
6)将与石墨模具(20)固定好的待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件放入沉积炉内，并按照预设要求进行CVI沉积精度控制，即可得到加工沉积后的大型薄壁陶瓷基复合材料件。
9.根据权利要求8所述的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装的使用方法，其特征在于：步骤6)中，所述CVI沉积精度控制为，控制时间在30-45h，沉积温度在850-1000℃，反应气体为三氯甲基硅烷、氩气、氢气。
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| US5514439A (en) * | 1994-10-14 | 1996-05-07 | Sibley; Thomas | Wafer support fixtures for rapid thermal processing |
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