[发明专利]具有可磨耗涂层的陶瓷基复合材料构件的制备方法及构件

说明书

本发明属于陶瓷基复合材料表面处理领域，涉及一种具有可磨耗涂层的陶瓷基复合材料构件的制备方法及构件，解决现有具有可磨耗涂层的陶瓷基复合材料构件存在的力学性能差、抗氧化性能弱构件使用寿命短及可磨耗涂层与陶瓷基复合材料热匹配性较差的问题，通过在陶瓷基复合材料基体表面加工一定数量的凹槽，增强可磨耗涂层与陶瓷基复合材料基体的结合力，使二者连接更为紧密，耐久性更高，提升了此类构件的力学性能、抗氧化性能及构件使用寿命。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料表面处理领域，具体涉及一种在陶瓷基复合材料表面加工结合槽的表面钝化处理方法，提高陶瓷基复合材料表面涂层与陶瓷基复合材料基体之间的结合力和耐久性。

背景技术

连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料是一种理想的高温结构材料，包括C/SiC陶瓷基复合材料和SiC/SiC陶瓷基复合材料，具有耐高温、高比强、低密度、抗烧蚀、高比模、抗氧化等优良性能，是一种集结构承载和耐苛刻环境的轻质复合材料，在航空发动机、卫星姿控发动机、超高声速冲压发动机和固体火箭发动机等武器装备等领域拥有巨大的应用潜力。

SiC/SiC陶瓷基复合材料能够在少量冷却或无冷却情况下在高温环境中长时间工作，能够使航空发动机叶片、燃烧室及喷管的工作温度提高几百摄氏度，显著提高发动机效率和推力。为了解决发动机转子部件工作时，由于陶瓷基复合材料硬度过高带来直接接触磨损而造成的强度破坏，要求陶瓷基复合材料表面还需制备一种可磨耗涂层，以避免强度破坏。

以往金属材料为提高涂层与材料之间的结合强度，在喷涂涂层之前会在材料表面进行喷砂处理工序，提高材料的表面粗糙度。针对陶瓷基复合材料的表面处理，如果采用喷砂处理工序，可以增加涂层与基体的结合力；但是，在喷砂处理工序中，会使陶瓷基复合材料表面的SiC层损伤，致使纤维裸露，影响材料的力学性能和抗氧化性能，降低构件使用寿命，因此常用的金属表面喷沙处理方式，难以适应陶瓷基复合材料表面处理。同时涂层与陶瓷基复合材料热膨胀系数差异的存在，导致热匹配性较差。

发明内容

为了解决现有具有可磨耗涂层的陶瓷基复合材料构件存在的力学性能差、抗氧化性能弱构件使用寿命短及可磨耗涂层与陶瓷基复合材料热匹配性较差的问题，本发明提供一种具有可磨耗涂层的陶瓷基复合材料构件的制备方法及该类构件；通过在陶瓷基复合材料基体表面加工一定数量的凹槽，增强可磨耗涂层与陶瓷基复合材料基体的结合力，使二者连接更为紧密，耐久性更高，进一步提升此类构件的力学性能、抗氧化性能及构件使用寿命。

本发明的技术方案是提供一种具有可磨耗涂层的陶瓷基复合材料构件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备陶瓷基复合材料基体；

步骤1.1、将碳纤维织成二维平纹布；将多层二维平纹布叠层放置；用碳纤维沿叠层方向将多层二维平纹布缝合在一起，得到碳纤维预制体；

步骤1.2、用石墨模具夹持步骤1.1获得的碳纤维预制体，将其置于CVI沉积炉内，采用化学气相沉积法沉积热解碳界面层PyC；

步骤1.3、采用CVI工艺在步骤1.2处理后的碳纤维预制体上沉积SiC基体，工艺反复多次后，脱开石墨模具，得到陶瓷基复合材料平板；

步骤1.4、采用平面磨床将陶瓷基复合材料平板的厚度加工至设定厚度，得到陶瓷基复合材料基体；

步骤2、修饰陶瓷基复合材料基体表面；

步骤2.1、机械加工结合槽；

将陶瓷基复合材料基体固定在定位工装上，沿陶瓷基复合材料基体表面加工多个设定深度的凹槽；

步骤2.2、采用CVI工艺沉积SiC基体；

采用CVI工艺在步骤2.1加工后的陶瓷基复合材料基体上沉积SiC基体，最终得到表面修饰后的陶瓷基复合材料基体；