[发明专利]一种SiC短纤维复合材料及复合包壳管及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201710106971.8 申请日: 2017-02-27
公开(公告)号: CN106904984B 公开(公告)日: 2021-04-23
发明(设计)人: 刘仕超;李文杰;高士鑫;陈平;周毅;涂腾;辛勇;郭子萱;蒋有荣;李伟;陈亮 申请(专利权)人: 中国核动力研究设计院
主分类号: C04B35/80 分类号: C04B35/80;C04B35/565;C04B35/626;G21C13/087;B32B1/08;B32B18/00
代理公司: 成都行之专利代理事务所(普通合伙) 51220 代理人: 廖慧敏
地址: 610000 四*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 sic 短纤维 复合材料 复合 包壳管 及其 制备 方法
【权利要求书】:

1.一种SiC/SiC复合材料制成的复合包壳管,由三层以上结构组成,包括内层结构、中层结构和外层结构,其特征在于,所述中层结构包括连续SiC纤维编织体增韧SiC陶瓷基体材料制备而成的层状结构,所述内层结构和外层结构均由SiC短纤维增强SiC陶瓷基体材料制成的层状结构构成;所述SiC短纤维增强SiC陶瓷基体材料包括悬浮液、粘接剂、增塑剂和消泡剂,所述悬浮液包括65wt%混合粉体、34wt%的溶剂和1wt%的分散剂;其中,混合粉体由SiC材料和烧结助剂组成,SiC材料由SiC纤维和SiC颗粒组成,SiC纤维和SiC颗粒的体积比为1:1;烧结助剂占SiC材料的5wt%;所述SiC纤维的长度为6mm,所述复合包壳管的制备过程为:分别将SiC短纤维增强SiC陶瓷基体材料和连续SiC纤维编织体增韧SiC陶瓷基体材料采用流延成型方法获得生带,通过生带缠绕、等静压压制、排胶、烧结获得SiC复合包壳管;

烧结过程为将排胶后的复合生坯管置于气压炉中埋粉烧结,烧结以SiC/BN粉体作为埋粉粉体,烧结气氛为Ar;烧结过程中温度的变化为先升温后降温,最后随炉冷却至室温即可。

2.一种SiC/SiC复合材料制成复合包壳管的制备方法,其特征在于,包括:

(1)准备SiC短纤维增强SiC陶瓷基体材料、以及连续SiC纤维编织体增韧SiC陶瓷基体材料;采用上述材料分别制成SiC短纤维增强的生带以及连续SiC纤维编织体增韧的生带;

(2)将SiC短纤维增强的生带缠绕在涂覆有脱模剂的柱状体模具表面,等静压处理获得内层生坯,将连续SiC纤维编织体增韧的生带缠绕在内层生坯的外表面,等静压处理后获得中层生坯,将SiC短纤维增强的生带缠绕在中层生坯外表面,等静压处理后获得外层生坯;脱出柱状体模具,获得具有三层结构的复合生坯管;

(3)将复合材料生坯管进行排胶、烧结后制成复合包壳管;

所述SiC短纤维增强SiC陶瓷基体材料包括悬浮液、粘接剂、增塑剂和消泡剂,所述悬浮液包括65wt%混合粉体、34wt%的溶剂和1wt%的分散剂;其中,混合粉体由SiC材料和烧结助剂组成,SiC材料由SiC纤维和SiC颗粒组成,SiC纤维和SiC颗粒的体积比为1:1;烧结助剂占SiC材料的5wt%;所述SiC纤维的长度为6mm;

烧结过程为将排胶后的复合生坯管置于气压炉中埋粉烧结,烧结以SiC/BN粉体作为埋粉粉体,烧结气氛为Ar;烧结过程中温度的变化为先升温后降温,最后随炉冷却至室温即可。

3.根据权利要求2所述的一种SiC/SiC复合材料制成复合包壳管的制备方法,其特征在于,

制成SiC短纤维增强的生带的过程为:

将SiC短纤维增强SiC陶瓷基体材料倒入流延机进行流延成型,获得SiC短纤维增强的生带;流延速度为20-40cm/min,刀口高度50-500μm;

制成连续SiC纤维编织体增韧的生带的过程为:

采用SiC长纤维编织形成厚度为0.2-0.8mm的纤维编织体,纤维的体积分数为30-50%,将纤维编织体浸渍在SiC短纤维增强SiC陶瓷基体材料中,并抽真空处理,真空度为-0.1Pa,之后平铺于流延机上干燥;重复上述浸渍至干燥的过程,直到纤维编织体的整体质量不变后获得连续SiC纤维编织体增韧的生带。

4.根据权利要求2所述的一种SiC/SiC复合材料制成复合包壳管的制备方法,其特征在于,所述等静压的压力为80-200MPa,保压时间为50-100s;所述脱模剂为二甲基硅油。

5.根据权利要求2所述的一种SiC/SiC复合材料制成复合包壳管的制备方法,其特征在于,所述排胶的过程为:

将获得的复合生坯管置于马弗炉内,以0.3-0.6℃/min的升温速度升温至215℃并保温30min;再以0.3-0.6℃/min的升温速度升温至350℃并保温30min;最后以0.5℃/min升温至600℃保温0.5-2h即可。

6.根据权利要求2所述的一种SiC/SiC复合材料制成复合包壳管的制备方法,其特征在于,所述烧结的过程为:

将排胶后的复合生坯管置于气压炉中埋粉烧结,烧结以SiC/BN粉体作为埋粉粉体,烧结气氛为Ar,烧结气压为0.5-2MPa;烧结过程中温度的变化为:首先10℃/min升温至1000℃,保温1h;再以10℃/min升温至1700-1900℃,保温2h;之后以15℃/min降温至1000℃,最后随炉冷却至室温即可。

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