[发明专利]SiC基复合材料构件及其在线连接制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种SiC基复合材料构件，还涉及一种SiC基复合材料构件的连接制备方法。

背景技术

目前，SiC基复合材料具有良好的高温力学性能，如C/SiC复合材料在超过1600℃的惰性环境中仍能维持很高的强度和较高的断裂韧性，同时SiC基复合材料还具有热膨胀系数低、抗热震性能优良等特点，这些优异的性能使其作为高温热结构材料广泛应用于航空、航天以及能源领域。然而，SiC基复合材料的缺点也很明显：首先是难成型、难加工、成本高；其次，用传统的机械连接方法制成的复杂耐高温结构件，高温连接强度和高温密封性问题不能得到有效解决，且结构完整性也成为难题。因此，通过采用复合材料的在线连接方法使得大尺寸、复杂化的SiC基复合材料构件的成型和制备成为可能。

SiC基复合材料的连接一般包括两个方面：一是连接的制备工艺；二是连接接头的材料及结构设计。连接接头可以借鉴金属连接的接头设计，传统的金属连接接头常用的连接方式有对接、搭接等，同时也广泛应用销钉、螺钉等辅助连接；而SiC基复合材料构件的连接制备工艺有很多种，典型的如金属钎焊，该方法由于采用金属作为连接剂，使得连接部的使用温度受到限制(一般不超过900℃)。目前，对SiC基复合材料连接制备工艺研究最多的是原位反应法连接和先驱体转化法连接。

原位反应法连接是从SiC反应成型中发展起来的，是目前连接SiC基陶瓷的一种主要连接方法。该法克服了用金属中间层钎焊或扩散连接陶瓷时接头的使用温度低于母材，以及因金属与陶瓷母材线膨胀系数的不匹配而产生的应力使接头性能削弱的不足，其独特之处在于产生的接头组织是可设计的，尤其是接头中间的热及力学性能是可设计的。另外，在连接温度(或浸润温度)下不需要高温夹具来装卡试件，因此这种方法不仅可以用于连接陶瓷，还可以用于修补陶瓷件。

先驱体转化法连接是以先驱体为粘接剂，通过高温裂解连接陶瓷及陶瓷基复合材料。这是一种新型的连接工艺，该工艺利用先驱体粘接剂在高温时发生反应裂解形成陶瓷接头，从而提高了连接接头的高温性能。与原位反应法相比，采用先驱体转化工艺制备SiC基复合材料连接接头具有制备温度低(1200℃左右)、对复合材料的损伤小、高温接头稳定性好的优点；同时，由于该方法下连接接头、材料及构件的制备同时进行，也方便地解决了连接层的密封问题。针对SiC基复合材料的连接，目前大多采用硅树脂连接粘接剂，裂解后的连接层组分(Si-O-C陶瓷)耐高温性能差，一般只能在低于1100℃的条件下使用。采用SiC的先驱体聚碳硅烷(PCS)作为粘接剂主要用于热压SiC基陶瓷连接，也有用作SiC/SiC复合材料连接的少量报导，但一般是采用在PCS中填加活性填料Si来降低PCS在裂解过程中的体积收缩，而Si的存在会大大降低连接接头的高温使用性能；此外，若采用单组分的PCS作为粘接剂，高温裂解过程中会出现PCS的熔融流失，从而导致连接接头的结合性能降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种连接接头稳定可靠并能耐高温，且其化学、力学的相容性以及结构完整性良好的SiC基复合材料构件，还提供一种制备温度低、对复合材料损伤较小、简单实用且能够满足复合材料构件高温使用要求的SiC基复合材料构件的在线连接制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种SiC基复合材料构件，该构件是由预制的SiC基复合材料被连接件在线连接而成，所述被连接件是通过位于连接接头处的连接层连接成一体，其特征在于所述连接层的组分为纯SiC材料，该SiC材料是以SiC的先驱体溶液为胶粘剂、以SiC粉体为填料，通过采用先驱体转化法生成。

所述被连接件在连接接头处的连接方式可以为搭接、对接或者楔形连接。

所述SiC基复合材料构件连接接头处可增设连接被连接件和连接层的紧固件，紧固件连接孔的直径为1～10mm，所述紧固件由SiC基复合材料加工而成。

所述紧固件可以为采用多束纤维集束拉制而成的一维SiC基复合材料销钉，或者为采用二维致密化的SiC基复合材料加工成的销钉，或者为采用三维致密化的SiC基复合材料加工成的销钉，所述纤维为碳纤维或碳化硅纤维；所述紧固件也可通过采用未致密化的碳或碳化硅的软纤维束作为软销钉，将软销钉浸渍SiC的先驱体溶液后进行连接固定，再与连接层及被连接件同时致密化而得到。

本发明还提供了一种SiC基复合材料构件的在线连接制备方法，包括以下步骤：