CN115536436B - 一种碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的修补方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的修补方法。所述方法：清理破损部位，然后将破损部位扩口为具有规则形状的待修补部位；设计与待修补部位的形状相匹配的补块结构；在待修补部位与补块结构的连接面上涂抹高温胶黏剂，然后通过物理连接的方式将补块结构安装在待修补部位上，得到安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件；通过PIP、CVI和/或RMI对补块结构与待修补部位进行在线连接；在经过上述处理后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的表面制备涂层。本发明提供的是一种简单、有效的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的修补方法，所形成补块与材料本体结合紧密、适用于本体受损的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件修补。

Description

一种碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的修补方法
技术领域
本发明属于陶瓷基复合材料技术领域，尤其涉及一种碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的修补方法。
背景技术
碳纤维增韧陶瓷基复合材料具有耐高温、耐烧蚀、抗热震等一系列优异性能，在航天航空领域具有广泛的应用前景。但在生产使用过程中由于气流、粒子冲刷、磕碰、撞击等造成的构件损伤难以修复，需要更换整个构件，整体更换则会造成大量的经济损失及时间浪费。中国专利申请CN106986664A采用碳布、浆料依次涂刷铺层的方式对破损区域进行修补，该方式下所形成的修补区域与材料本体间缺乏物理连接，导致补块在使用过程中在力热环境中极易脱落，导致修补失效；而中国专利申请CN105948819A、CN104876644A、CN105924235A、CN102746032A则专注于表面涂层的修复，未对本体损伤提出相应的解决措施。
因此，亟需提供一种碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件修补方法，能够实现碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件本体破损的修补，满足产品维护使用需求，以降低碳纤维增韧陶瓷基复合材料产品的使用成本。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的修补方法。本发明提供的是一种简单、有效的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的修补方法，所形成补块与材料本体结合紧密、适用于本体受损的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件修补。
本发明提供了一种碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的修补方法，所述方法包括如下步骤：
(1)清理待修补碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的破损部位，然后将所述破损部位扩口为具有规则形状的待修补部位；
(2)设计与所述待修补部位的形状相匹配的补块结构；
(3)在所述待修补部位与所述补块结构的连接面上涂抹高温胶黏剂，然后采用铆钉连接、螺钉连接、螺纹连接或榫卯连接的方式将所述补块结构安装在所述待修补部位上，得到安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件；
(4)通过PIP工艺、CVI工艺和/或RMI工艺对所述安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件进行处理以实现所述补块结构与所述待修补部位的在线连接；
(5)在经过步骤(4)处理后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的表面制备涂层。
优选地，所述碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件包含碳纤维增韧陶瓷基复合材料和形成在所述碳纤维增韧陶瓷基复合材料的表面的保护涂层，在步骤(5)中所制备的涂层与所述保护涂层中包含的成分相同。
优选地，在步骤(1)中，通过挖孔的方式将所述破损部位扩口为具有规则形状的待修补部位。
优选地，在进行步骤(5)之前，先对经过步骤(4)处理后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的表面进行打磨。
优选地，通过数控设备或手动操作进行所述打磨。
优选地，在步骤(5)中，通过选自PIP工艺、CVD工艺、包埋工艺、喷涂工艺和涂覆工艺中的一种或多种工艺进行所述涂层的制备。
优选地，所述碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件为碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件，所述碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件包含碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料和形成在所述碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的表面的碳化硅保护涂层，在步骤(5)中所制备的涂层为碳化硅涂层、碳化锆涂层、碳化铪涂层中的单一涂层或复合涂层。
优选地，所述高温胶黏剂中包含有Si、C和O元素。
优选地，所述高温胶黏剂由液态酚醛树脂、纳米SiO2粉和短切碳纤维配制而成，且所述液态酚醛树脂、纳米SiO2粉和短切碳纤维的质量比为100：(15～20)：(6～8)。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)现有技术通常认为对破损部位扩口，会增加陶瓷基复合材料构件本体损伤会明显增加构件本体破损部位的修复难度以及降低构件本体破损部位的修复效果，因此现有技术中未见有采用先扩口后修补的相关技术对陶瓷基复合材料构件进行修补的相关报道；而本发明克服了这一技术偏见，首次采用对破损部位扩口方式对陶瓷基复合材料构件进行修补，能够实现本体受损构件的修补，能够使得修补后的陶瓷基复合材料构件的力学性能、韧性以及抗氧化性能等得到完全恢复，令人预料不到的是，本发明修补后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的综合性能甚至优于未破损前的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件。
(2)本发明将修补区域修整为规则结构，并按照修整后破损结构制作整体补块，该补块可以依据破损部位结构及使用特点选用构件本体同样复合材料或性能更为优异的复合材料制备，确保补块本身具有优异的整体性能以及保证补块的可靠性。
(3)本发明采用铆钉、螺钉、榫卯等结构，实现了补块与受损本体的物理连接，提高了修补可靠性。
(4)本发明在补块安装时通过在线连接的方式进一步提高补块连接的可靠性。
(5)本发明在通过PIP工艺、CVI工艺和/或RMI工艺对所述安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件进行处理以实现所述补块结构与所述待修补部位的在线连接之后，还在所述碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的表面制备了涂层(修补涂层)，形成的修补涂层与本体受损构件的基材及原涂层均具有较好的结合力，能够在1200℃以上实现抗氧化功能，所述修补涂层的制备能够有效提高修补后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的抗氧化性能。
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。
本发明提供了一种碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的修补方法，所述方法包括如下步骤：
(1)清理待修补碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的破损部位，然后将所述破损部位扩口为具有规则形状的待修补部位；在本发明中，清理待修补碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的破损部位，指的是对破损部位中由于破损所形成的缺陷如裂纹、毛刺、氧化层等破损所形成的缺陷进行清除；在本发明中，例如可以将所述破损部位扩口为截面形状为圆形、方形、星形等规则形状的待修补部位，且所述待修补部位具有一定的深度，用于安装补块结构。
(2)设计与所述待修补部位的形状相匹配的补块结构；在本发明中，所述补块结构安装在所述待修补部位中；在本发明中，所述补块结构的设计，无特定要求，本领域技术人员可根据待修补部位结构以及补块结构与所述待修补部位所用的连接方式确定。
(3)在所述待修补部位与所述补块结构的连接面上涂抹高温胶黏剂，在本发明中，优选的是，所述高温胶黏剂由液态酚醛树脂、纳米SiO2粉和短切碳纤维配制而成，且所述液态酚醛树脂、纳米SiO2粉和短切碳纤维的质量比为100：(15～20)：(6～8)，在本发明中，所述高温胶黏剂在修补过程中主要起填缝作用，所述高温胶黏剂能够满足构件高温使用温度条件下依然保持一定的粘接强度，所述高温胶黏剂的选用能提高修补后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的力学性能，且本发明人发明，该高温胶黏剂的选用能够明显提高修补后的陶瓷基复合材料构件的抗氧化性能；然后采用铆钉连接、螺钉连接、螺纹连接或榫卯连接的方式将所述补块结构安装在所述待修补部位上，得到安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件；在一些优选的实施例中，更优选为采用螺纹连接的方式将所述补块结构安装在所述待修补部位上，在该类实施例中破损部位一般为孔洞结构，在本发明中，将破损部位修整为圆孔结构，并加工螺纹结构，当采用螺纹连接的方式将所述补块结构安装在所述待修补部位上时，在所述待修补部位与所述补块结构的连接面上涂抹高温胶黏剂之前，还包括先在所述待修补部位与所述补块结构的连接面上加工螺纹的步骤；在本发明中，在一些优选的实施例中，在所述待修补部位与所述补块结构的连接面上涂抹高温胶黏剂之前，先采用乙醇、丙酮等溶剂清理加工后的补块结构与待修补部位的连接面，更优选采用乙醇进行清理。
(4)通过PIP工艺、CVI工艺和/或RMI工艺对所述安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件进行处理以实现所述补块结构与所述待修补部位的在线连接；在本发明中，当所述碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件为碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件时，采用PIP工艺对所述安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件进行处理例如可以为：(a)用碳化硅的先驱体溶液浸渍所述安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件，然后将浸渍后的所述安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件依次经过固化和裂解的步骤，所述浸渍的温度为60～120℃，所述浸渍的压力为1～5MPa，所述浸渍的时间为0.5～4h，所述固化的温度为100～350℃，所述固化的压力为3～5MPa，所述固化的时间为1～5h，所述裂解的温度为700～1200℃，所述裂解的压力为-0.09～-0.01MPa，所述裂解的时间为2～4h；(b)重复步骤(a)3～4次以实现安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的所述补块结构与所述待修补部位的在线连接；所述碳化硅的先驱体溶液包含溶质和溶剂，所述溶质选自固态聚碳硅烷(PCS)、全氢聚碳硅烷(AHPCS)和液态聚碳硅烷(LPCS)中的一种或多种，和/或所述溶剂选自丁酮、二甲苯和甲苯中的一种或多种；在本发明中，所述液态聚碳硅烷例如可以为含乙烯基液态聚碳硅烷(LPVCS)。在本发明中，所述碳化硅的先驱体溶液中包含的溶质与溶剂的质量比例如可以为1：(0.1～0.8)。在本发明中，当所述碳化硅先驱体为液态聚碳硅烷时，也可以直接用液态聚碳硅烷浸渍所述安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件。在本发明中，当所述碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件为碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件时，采用RMI工艺对所述安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件进行处理例如可以为：将所述安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件在温度为1500～1700℃下进行液硅熔渗反应0.1～2h，所述液硅熔渗反应的压力为-0.09～-0.02MPa；特别说明的是，本发明中所述的压力均是以大气压作为基准的相对压力；以所述裂解的压力为-0.09～-0.01MPa为例进行说明，裂解压力为-0.09～-0.01MPa即指的是在裂解过程中，材料受到的实际压力(绝对压力)低于大气压0.01～0.09MPa；以所述固化的压力为3～5MPa为例进行说明，固化压力为3～5MPa即指的是在固化过程中，材料受到的实际压力(绝对压力)高于大气压3～5MPa。
(5)在经过步骤(4)处理后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的表面制备涂层(也记作修补涂层)；在本发明中，例如采用PIP、CVD、包埋、喷涂、涂覆工艺或多种工艺的组合进行所述涂层的制备，优选采用与构件本体涂层制备相一致的工艺进行最后涂层制备，且优选为所述修补涂层和构件本体涂层制备相一致；在本发明中，优选为以CVD工艺制备所述涂层，以制备碳化硅涂层为例，CVD工艺例如可以为：所述碳化硅涂层的沉积以碳化硅源物质为反应前驱体，所述碳化硅源物质例如为氯代甲基硅烷(例如三氯甲基硅烷、二氯甲基硅烷)、硅烷(例如甲硅烷、乙硅烷)、甲基硅烷和氟代甲基硅烷(例如二氟二甲基硅烷、三氟甲基三甲基硅烷)中的一种或多种。在本发明中，在通入碳化硅源物质沉积所述碳化硅涂层的过程中，还通入氩气为稀释气体，氢气为载流气体；在沉积所述碳化硅涂层的过程中，所述氩气的流量例如可以为100～600mL/min，所述氢气的流量例如可以为100～500mL/min，所述氢气与所述碳化硅源物质的摩尔比例如可以为(8～10):1；所述碳化硅涂层的沉积温度例如为800～1200℃，所述碳化硅涂层的沉积压力例如为-0.09～-0.01MPa，所述碳化硅涂层的沉积时间例如为10～100h优选为40～80h；所述碳化硅涂层的厚度例如可以为1～3μm。
本发明提供了一种简单、有效的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的修补方法，是将破损部位清理，将所述破损部位扩口为具有规则形状的待修补部位，依据待修补部位的结构设计补块结构、连接方式，依据补块结构设计加工补块，在线连接安装补块，制备涂层，使补块与本体成为一体，完成最终产品修补。
现有技术通常认为对破损部位扩口，会增加陶瓷基复合材料构件本体损伤会明显增加构件本体破损部位的修复难度以及降低构件本体破损部位的修复效果，因此现有技术中未见有采用先扩口后修补的相关技术对陶瓷基复合材料构件进行修补的相关报道；而本发明克服了这一技术偏见，首次采用对破损部位扩口的方式对陶瓷基复合材料构件进行修补，能够实现本体受损构件的修补，能够使得修补后的陶瓷基复合材料构件的力学性能、韧性以及抗氧化性能等得到完全恢复，令人预料不到的是，本发明修补后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的综合性能甚至优于未破损前的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件。现有技术公认的相当好的修补效果是修补后的陶瓷基复合材料构件的性能能够得到基本恢复，而能够使得修补后的陶瓷基复合材料构件的性能甚至超过未损坏前的性能的修补方法还未见报道。本发明将修补区域修整为规则结构，并按照修整后破损结构制作整体补块，该补块(补块结构)可以选用构件本体复合材料或性能更为优异的复合材料制备，确保补块具有优异的整体性能，与此同时补块与破损构件间采用铆钉、螺钉等机械方法连接，提高了连接可靠性，从而实现整体补块使用可靠性；本发明在补块安装时通过在线连接的方式进一步提高补块连接的可靠性；本发明在通过PIP工艺、CVI工艺和/或RMI工艺对所述安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件进行处理以实现所述补块结构与所述待修补部位的在线连接之后，还在所述碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的表面制备了涂层(修补涂层)，形成的修补涂层与本体受损构件的基材及原涂层均具有较好的结合力，能够在1200℃以上实现抗氧化功能，所述修补涂层的制备能够有效提高修补后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的抗氧化性能。
根据一些优选的实施方式，所述碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件(即指的是待修补碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件)包含碳纤维增韧陶瓷基复合材料和形成在所述碳纤维增韧陶瓷基复合材料的表面的保护涂层，在步骤(5)中所制备的涂层与所述保护涂层中包含的成分相同，如此可以使得形成的修补涂层与本体受损构件的基材及原涂层均具有很好的结合力，能够在1200℃以上实现优异的抗氧化功能。
根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中，通过挖孔的方式将所述破损部位扩口为具有规则形状的待修补部位。
根据一些优选的实施方式，在进行步骤(5)之前，先对经过步骤(4)处理后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的表面进行打磨，如此可以避免形成修补台阶。
根据一些优选的实施方式，通过数控设备或手动操作进行所述打磨。
根据一些优选的实施方式，在步骤(5)中，通过选自PIP工艺、CVD工艺、包埋工艺、喷涂工艺和涂覆工艺中的一种或多种工艺进行所述涂层的制备。
根据一些优选的实施方式，所述碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件(即指的是待修补碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件)为碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件，所述碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件包含碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料和形成在所述碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的表面的碳化硅保护涂层，在步骤(5)中所制备的涂层为碳化硅涂层、碳化锆涂层、碳化铪涂层中的单一涂层或复合涂层；在本发明中，所述复合涂层，指的是，在步骤(5)中所制备的涂层为由碳化硅涂层、碳化锆涂层、碳化铪涂层中的两种及两种以上涂层组成的复合涂层。
根据一些优选的实施方式，所述高温胶黏剂中包含有Si、C和O元素。
根据一些优选的实施方式，所述高温胶黏剂由液态酚醛树脂、纳米SiO2粉和短切碳纤维配制而成，且所述液态酚醛树脂、纳米SiO2粉和短切碳纤维的质量比为100：(15～20)：(6～8)(例如100:15:6、100:15:7、100:15:8、100:16:6、100:16:7、100:16:8、100:17:6、100:17:7、100:17:8、100:18:6、100:18:7、100:18:8、100:19:6、100:19:7、100:19:8、100:20:6、100:20:7或100:20:8)。在本发明中，优选为采用由液态酚醛树脂、纳米SiO2粉和短切碳纤维配制而成的高温胶黏剂，该高温胶黏剂的选用除了能够提高修补后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的力学性能之外，还能够明显提高修补后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的抗氧化性能。
本发明中除了优选的所述高温胶黏剂和所述修补涂层的制备可以很好地提高修补后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的抗氧化性能以及所述高温胶黏剂的选用能提高修补后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的力学性能之外，修补后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的力学性能(强度)还主要由以下方面保证：1)补块整体成型，保证了补块本身性能，提高了修补部位的耐损坏能力；2)补块与构件本体间采用机械直接连接，保证了补块连接的可靠性；3)在线连接，通过在线连接的方式进一步填补补块与构件本体间间隙，进一步提高补块与构件的整体性能。
根据一些具体的实施方式，所述碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的修补方法包括如下步骤：
①清理待修补碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的破损部位即对破损部位中由于破损所形成的缺陷如裂纹、毛刺、氧化层等破损所形成的缺陷进行清除，然后将所述破损部位扩口为具有规则形状的待修补部位。
②设计与所述待修补部位的形状相匹配的补块结构，采用乙醇、丙酮等溶剂清理加工后的补块结构与待修补部位的连接面，优选乙醇。
③在所述待修补部位与所述补块结构的连接面上涂抹高温胶黏剂，然后采用铆钉连接、螺钉连接、螺纹连接或榫卯连接的方式将所述补块结构安装在所述待修补部位上，得到安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件；所述高温胶黏剂中含有C、O、Si元素，能够满足构件高温使用温度条件下依然保持一定的粘接强度。
④通过PIP工艺、CVI工艺和/或RMI工艺对所述安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件进行处理以实现所述补块结构与所述待修补部位的在线连接，通过将所述补块结构安装在待修补部位，并通过在线连接方式加强补块连接效果；采用数控设备或手动操作先对在线连接后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的表面进行打磨，避免形成修补台阶，然后进行后续步骤。
⑤在经过步骤④处理后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的表面制备涂层；采用PIP、CVD、包埋、喷涂、涂覆工艺或多种工艺的组合，例如优选与构件本体涂层制备相一致的工艺进行最后涂层制备。
下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。
实施例1
对高温粒子冲刷后的受损的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件(待修补碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件)进行修补，所述碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件包含碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料和形成在所述碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的表面的碳化硅保护涂层；具体修补方法包括如下步骤：
①清理待修补碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件的破损部位然后将所述破损部位扩口为截面形状为圆形的待修补部位。
②设计与所述待修补部位的形状相匹配的补块结构，所述补块结构设计为圆柱形，然后在所述补块结构和所述待修补部位加工相配合的螺纹，然后采用乙醇清理加工后的补块结构与待修补部位的连接面。
③在所述待修补部位与所述补块结构的所有连接面上涂抹高温胶黏剂，然后采用螺纹连接的方式将所述补块结构安装在所述待修补部位上，得到安装有补块结构的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件；所述高温胶黏剂由液态酚醛树脂、纳米SiO2粉和短切碳纤维配制而成，且所述液态酚醛树脂、纳米SiO2粉和短切碳纤维的质量比为100:16:6.5。
④通过PIP工艺对所述安装有补块结构的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件进行处理以实现所述补块结构与所述待修补部位的在线连接，具体操作为：(a)采用固态聚碳硅烷的二甲苯溶液作为碳化硅的先驱体溶液，在浸渍温度为70℃、浸渍压力为高压2MPa的条件下，浸渍所述安装有补块结构的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件1.5h，然后将浸渍后的所述安装有补块结构的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件在固化温度为150℃，固化压力为3MPa的条件下进行固化3h，然后将固化后的所述安装有补块结构的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件在裂解温度为850℃，裂解压力为-0.04MPa的真空条件下进行裂解3h；(b)重复步骤(a)四次以实现安装有补块结构的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件的所述补块结构与所述待修补部位的在线连接。然后，手动打磨在线连接后的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件的表面，去除台阶等多余物。
⑤通过CVD工艺在手动打磨后的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件的表面制备碳化硅涂层，具体操作为：以三氯甲基硅烷为反应前驱体在沉积温度为1200℃、沉积压力为-0.05MPa的真空条件下，通过化学气相沉积法沉积20h，得到一层厚度为2μm的碳化硅涂层，得到修补后的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件。
将本实施例修补后的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件(记作样品I)进行取样，进行1800℃、100s的氧乙炔烧蚀试验，并与未经高温粒子冲刷损坏的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件(记作样品II)的性能进行对比，结果如表1所示。此外，对两个样品在温度1300℃的条件下恒温氧化2小时，测试了两个样品的失重率，结果如表1所示。
表1：碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件的性能对比。
线烧蚀率(mm/s) 失重率(％)
样品I 0.0003 1.35
样品II 0.0007 3.69
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于：
步骤④为：通过RMI工艺对所述安装有补块结构的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件进行处理以实现所述补块结构与所述待修补部位的在线连接，具体操作为：将所述安装有补块结构的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件在熔渗温度为1520℃、熔渗压力为-0.05MPa的真空条件下与液态硅进行高温液硅熔渗反应0.2h。然后，手动打磨在线连接后的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件的表面，去除台阶等多余物。
将本实施例修补后的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件(记作样品I)进行取样，进行1800℃、100s的氧乙炔烧蚀试验，并与未经高温粒子冲刷损坏的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件(记作样品II)的性能进行对比，结果如表2所示。此外，对两个样品在温度1300℃的条件下恒温氧化2小时，测试了两个样品的失重率，结果如表2所示。
表2：碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件的性能对比。
线烧蚀率(mm/s) 失重率(％)
样品I 0.0008 4.02
样品II 0.0007 3.69
实施例3
实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于：不包括步骤⑤。
将本实施例修补后的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件(记作样品I)进行取样，进行1800℃、100s的氧乙炔烧蚀试验，并与未经高温粒子冲刷损坏的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件(记作样品II)的性能进行对比，结果如表3所示。此外，对两个样品在温度1300℃的条件下恒温氧化2小时，测试了两个样品的失重率，结果如表3所示。
表3：碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件的性能对比。
线烧蚀率(mm/s) 失重率(％)
样品I 0.001 5.62
样品II 0.0007 3.69
实施例4
实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于：
步骤③为：未在所述待修补部位与所述补块结构的所有连接面上涂抹高温胶黏剂，而是直接采用螺纹连接的方式将所述补块结构安装在所述待修补部位上，得到安装有补块结构的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件。
将本实施例修补后的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件(记作样品I)进行取样，进行1800℃、100s的氧乙炔烧蚀试验，并与未经高温粒子冲刷损坏的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件(记作样品II)的性能进行对比，结果如表4所示。此外，对两个样品在温度1300℃的条件下恒温氧化2小时，测试了两个样品的失重率，结果如表4所示。
表4：碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件的性能对比。
线烧蚀率(mm/s) 失重率(％)
样品I 0.0006 3.13
样品II 0.0007 3.69
实施例5
实施例5与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤③中，采用的所述高温胶黏剂由液态酚醛树脂、纳米SiO2粉、纳米ZrO2粉、石墨粉和短切碳纤维配制而成，且所述液态酚醛树脂、纳米SiO2粉、纳米ZrO2粉、石墨粉和短切碳纤维的质量比为100:2:1:1:4。
将本实施例修补后的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件(记作样品I)进行取样，进行1800℃、100s的氧乙炔烧蚀试验，并与未经高温粒子冲刷损坏的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件(记作样品II)的性能进行对比，结果如表5所示。此外，对两个样品在温度1300℃的条件下恒温氧化2小时，测试了两个样品的失重率，结果如表5所示。
表5：碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件的性能对比。
线烧蚀率(mm/s) 失重率(％)
样品I 0.0004 2.55
样品II 0.0007 3.69
实施例6
实施例6与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤③中，采用的所述高温胶黏剂为耐高温酚醛树脂胶黏剂。
将本实施例修补后的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件(记作样品I)进行取样，进行1800℃、100s的氧乙炔烧蚀试验，并与未经高温粒子冲刷损坏的碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件(记作样品II)的性能进行对比，结果如表6所示。此外，对两个样品在温度1300℃的条件下恒温氧化2小时，测试了两个样品的失重率，结果如表6所示。
表6：碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件的性能对比。
线烧蚀率(mm/s) 失重率(％)
样品I 0.0009 4.35
样品II 0.0007 3.69
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 (7)

1.一种碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的修补方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)清理待修补碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的破损部位，然后将所述破损部位扩口为具有规则形状的待修补部位；
(2)设计与所述待修补部位的形状相匹配的补块结构；
(3)在所述待修补部位与所述补块结构的连接面上涂抹高温胶黏剂，然后采用铆钉连接、螺钉连接、螺纹连接或榫卯连接的方式将所述补块结构安装在所述待修补部位上，得到安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件；所述高温胶黏剂由液态酚醛树脂、纳米SiO2粉和短切碳纤维配制而成，且所述液态酚醛树脂、纳米SiO2粉和短切碳纤维的质量比为100：(15～20)：(6～8)；
(4)通过PIP工艺对所述安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件进行处理以实现所述补块结构与所述待修补部位的在线连接；所述PIP工艺包括如下步骤：(a)用碳化硅的先驱体溶液浸渍所述安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件，然后将浸渍后的所述安装有补块结构的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件依次经过固化和裂解的步骤；(b)重复步骤(a)3～4次；
(5)在经过步骤(4)处理后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的表面制备涂层；
修补后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的性能优于未破损前的碳纤维增韧陶瓷基复合材料。
2.根据权利要求1所述的修补方法，其特征在于：
所述碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件包含碳纤维增韧陶瓷基复合材料和形成在所述碳纤维增韧陶瓷基复合材料的表面的保护涂层，在步骤(5)中所制备的涂层与所述保护涂层中包含的成分相同。
3.根据权利要求1所述的修补方法，其特征在于：
在步骤(1)中，通过挖孔的方式将所述破损部位扩口为具有规则形状的待修补部位。
4.根据权利要求1所述的修补方法，其特征在于：
在进行步骤(5)之前，先对经过步骤(4)处理后的碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件的表面进行打磨。
5.根据权利要求4所述的修补方法，其特征在于：
通过数控设备或手动操作进行所述打磨。
6.根据权利要求1所述的修补方法，其特征在于：
在步骤(5)中，通过选自PIP工艺、CVD工艺、包埋工艺、喷涂工艺和涂覆工艺中的一种或多种工艺进行所述涂层的制备。
7.根据权利要求1所述的修补方法，其特征在于：
所述碳纤维增韧陶瓷基复合材料构件为碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件，所述碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料构件包含碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料和形成在所述碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的表面的碳化硅保护涂层，在步骤(5)中所制备的涂层为碳化硅涂层、碳化锆涂层、碳化铪涂层中的单一涂层或复合涂层。
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