[发明专利]一种纤维增强碳化硅基复合材料原位反应连接方法

说明书

本发明公开一种纤维增强碳化硅基复合材料原位反应连接方法，包括以下操作步骤：(1)制备纤维增强碳化硅基复合材料构件A和构件B，并在纤维增强碳化硅基复合材料构件A和构件B连接处加工销钉孔；(2)制备连接用纤维增强碳化硅基复合材料销钉；(3)配制高温胶；(4)将销钉与构件A和构件B连接面、构件A和构件B的接触面依次进行涂胶、固化与高温处理，得到连接构件；(5)采用强制对流化学气相渗透工艺对销钉与构件A、构件B连接面以及构件A和构件B的接触面沉积SiC。本发明提供的连接方法有效降低先驱体裂解收缩产生的孔隙率，并利用强制对流化学气相渗透工艺对连接面进行强化连接，实现构件连接和涂层的一体化制备。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种纤维增强碳化硅基复合材料原位反应连接方法。

背景技术

连续纤维增强碳化硅基复合材料主要包括连续碳纤维和连续碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料(C/SiC和SiC/SiC)两种，由于采用连续纤维为增韧、补强相使其具有轻质、高强、耐高温、抗热、机械振动、非灾难性损毁且对相邻结构件的影响小等独特优势，在新一代航空、航天高温热结构材料领域具有广阔的应用前景。作为一种新型的热结构材料，连接技术是该类材料未来应用潜力的关键技术。目前碳化硅基复合材料的连接主要包括粘接和紧固两种方式，粘接主要包括焊接、气相沉积连接、聚合物裂解转化陶瓷连接、固相反应连接等；紧固连接主要包括金属螺栓和陶瓷螺栓连接等。其中，焊接方法因不可避免地引入金属连接剂导致连接构件的耐温能力受限而不适用于碳化硅基复合材料构件的连接；固相反应连接主要是在高温下利用金属或合金和碳在高温下反应生成碳化硅粘结层而达到连接的目的，但是固相反应不可避免地会有残留金属或合金、且在高温反应连接后往往伴随着反应物体积的收缩，影响连接构件的高温使用效能。等温等压气相连接和聚合物裂解转化陶瓷连接是目前采用较多的碳化硅基复合材料连接方式，但连接会导致薄壁构件连接处的厚度增加一倍，等温等压气相连接需要在复合材料连接处加工一定锥度的连接孔以利于气相物质的扩散和沉积，一定程度上加大了复合材料构件的损伤；聚合物裂解转化陶瓷连接过程中伴随着聚合物的热解收缩，需要多次浸渍裂解方能完成连接面的致密化，且对构件接触面的连接效果一般，整体连接效果还有进一步提高的空间；金属螺栓和陶瓷螺栓的紧固连接强度和可靠性高，但是金属连接受金属耐温能力所限，而陶瓷螺栓的制备与加工成本高、加工过程中存在一定的废品率，螺栓连接强度取决于螺纹牙的强度，且螺栓连接改变了复合材料构件的表面形状。此外，由于碳化硅基复合材料连接构件往往在高温氧化性环境中服役，构件连接部位的抗氧化性能也是需要考虑的关键问题。

发明内容

(1)要解决的技术问题

为了克服现有连接技术存在的一些问题和不足，本发明提供纤维增强碳化硅基复合材料原位反应连接方法，通过高温裂解得到含抗氧化成分以及颗粒弥散增强的连接基体并通过强制对流CVI工艺实现了碳化硅基复合材料连接和涂层的一体化制备，可提供一种对复合材料构件的损伤小、易操作、短周期、连接强度高、耐高温、抗氧化的碳化硅基复合材料连接方法。

(2)本发明是通过以下技术方案实现的。

一种纤维增强碳化硅基复合材料原位反应连接方法，包括以下操作步骤：

(1)制备纤维增强碳化硅基复合材料构件A和构件B，并在纤维增强碳化硅基复合材料构件A和构件B连接处加工销钉孔；

(2)制备连接用纤维增强碳化硅基复合材料销钉；

(3)配制高温胶，所述高温胶由液态聚硅硼氮烷和SiC粉体制成；

(4)将销钉与构件A和构件B连接面、构件A和构件B的接触面依次进行涂胶、固化与高温处理，得到连接构件；

(5)采用强制对流化学气相渗透工艺对销钉与构件A、构件B连接面以及构件A和构件B的接触面沉积SiC，具体工艺包括在沉积炉内放置第一导流板和第二导流板，将连接构件吊装于第一导流板和第二导流板的喉部区域，使得F-CVI沉积气源强制通过连接构件。