[发明专利]碳/碳基或陶瓷基复合材料紧固件的防松方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料紧固件的防松方法，具体涉及一种碳/碳基或陶瓷基复合材料紧固件的防松方法。

背景技术

碳/碳和陶瓷基复合材料具有优良的高温比强度和高温比模量，在航空航天飞行器等热结构件上的应用日益受到关注。为了实现大型复杂热结构件的制造，采用碳/碳或是陶瓷基复合材料紧固件进行集成是一个有效的途径。由于航空航天飞行器在工作状态中，大都存在不同程度的振动和噪声问题，在冲击振动或变载荷作用下，碳/碳以及陶瓷基复合材料紧固件经常会发生松动。紧固件的松动可能会引起整个热结构件的失效，造成飞行器发生灾难性的事故。因此，碳/碳和陶瓷基复合材料紧固件对航空航天飞行器的安全起着着至关重要的作用。

文献1“Ke Qingqing，Cheng Laifei，Tong Qiaoying，Zhang Qing，Zhang Litong.Microstructure and Properties of Joints of2D C/SiC Composites by Riveting[J].Rare Metal Materials and Engineering.2006，35(9)：1497-1500.”公开了一种复合材料紧固件的防松方法，该方法采用二维C/SiC进行连接，然后在铆钉孔和铆钉之间沉积SiC，得到较为理想的连接结构。但这种连接方法是一种永久性的连接方法，不可拆卸。

文献2“Hui Mei，Laifei Cheng，Qingqing Ke，et al.High-temperature tensile properties and oxidation behavior of carbon fiber reinforced silicon carbide bolts in a simulated re-entry environment[J].Carbon.2010，48(11)：3007-3013.”公开了一种CVI制备2DC/SiC螺栓紧固件的高温性能，由于C/SiC螺栓在1300℃较高温时容易发生氧化失效且在振动环境中会发生松动，限制了陶瓷基复合材料螺栓紧固件的应用。

发明内容

为了克服现有复合材料紧固件的防松方法重复使用率差的不足，本发明提供一种碳/碳基或陶瓷基复合材料紧固件的防松方法。该方法对碳/碳基或陶瓷基复合材料紧固件浸渗入液态陶瓷先驱体，紧固件紧固连接后，得到改性后的紧固件。然后在一定温度下交联固化，得到改性后的紧固件连接件。改性后的碳/碳基或陶瓷基复合材料紧固件，在连接处形成陶瓷连接，并且在紧固件连接表面上形成一定厚度的涂层，使得紧固件松脱退出的阻力增大，可以提高复合材料紧固件的防松抗振性能和重复使用率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碳/碳基或陶瓷基复合材料紧固件的防松方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、对碳/碳基或陶瓷基复合材料螺栓紧固件进行清洗烘干。

步骤二、采用甲苯和丙酮作为溶剂，按相对于液态陶瓷先驱体体积比例为0.5～5.0vol.％的体积配置成液态陶瓷先驱体溶液，然后分别在液态陶瓷先驱体溶液中掺入粒径为10～100nm、质量分数为0％～5％的纳米陶瓷颗粒粉体，通过机械搅拌均匀成液态陶瓷先驱体。

步骤三、将步骤二制备的液态陶瓷先驱体倒入敞口容器中，将装有液态陶瓷先驱体的敞口容器和经步骤一处理的碳/碳基或陶瓷基复合材料螺栓紧固件分别放入密闭容器内，抽真空20～50min，保持密闭容器内的绝对压力为3.0×10²Pa～3.0×10³Pa，然后将螺栓浸没在液态陶瓷先驱体中继续抽真空30～60min；真空渗透后给密闭容器通入气氛，容器内气氛压力达到1.0～5.0MPa后保持30～60min；取出碳/碳基或陶瓷基复合材料螺栓紧固件与试件紧固，预紧力为0.5～1.5Nm。

步骤四：将经过步骤三处理的碳/碳基或陶瓷基复合材料螺栓紧固件和试件放置在交联热解炉中交联固1h～3h，保持炉中为氩气或氮气惰性气体气氛为常压，温度为100℃～300℃。

所述碳/碳基复合材料螺栓紧固件是二维C/C复合材料或者三维针刺C/C复合材料螺栓紧固件的任一种。

所述碳/碳基复合材料螺栓紧固件的密度为1.6～1.9g/cm³。

所述碳/碳基复合材料螺栓紧固件的开气孔率为20～30vol.％。

所述陶瓷基复合材料螺栓紧固件是二维C/SiC复合材料、二点五维C/SiC复合材料或者三维C/SiC复合材料螺栓紧固件的任一种。