[发明专利]聚丙烯腈预氧丝纤维增强复合材料轴承的加工方法

摘要

本发明涉及聚丙烯腈预氧丝纤维增强C/C‑SiC复合材料轴承的加工方法，主要步骤包括仿形预氧丝预制体的形成、原位生长微纳结构的碳纳米管、石墨烯的复合界面改性和弱温差弱压差快速均匀基体致密化与高温石墨化。本发明提供的聚丙烯腈预氧丝纤维增强C/C‑SiC复合材料轴承的加工方法，既可以发挥预氧丝预制体编织的成型优势，又能达到降低成本要求，采用C‑SiC双元炭陶基体，既能显著提高基体的高温力学保持强度，又能改善材料的抗氧化性能。本发明方法所制备轴承力学性能优异，具有耐高温、耐磨损、高导热、耐腐蚀、自润滑、抗热疲劳与热冲击性能特点，满足高性能航空发动机传动部分的轴承使用要求。

主权项

1.一种聚丙烯腈预氧丝纤维增强C/C‑SiC复合材料轴承的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：S101：按照硝酸与硫酸体积比为1：(1～4)混合然后加热至58℃～62℃，再将聚丙烯腈预氧丝纤维浸入其中并超声震荡4h～12h，然后用去离子水洗涤所述聚丙烯腈预氧丝纤维至中性并将其干燥，再将所述聚丙烯腈预氧丝纤维置于恒温蒸汽柔化箱内，在0.1MPa～0.4MPa的蒸汽压力和110℃～140℃的腔内温度下汽化蒸柔处理6h～10h，然后干燥；其中，所述硝酸的浓度为：30wt％～55wt％，所述硫酸的浓度为：20wt％～40wt％；S102：首先通过气流成网机将直径为0.6μm～1.3μm的经步骤S101处理过的所述聚丙烯腈预氧丝纤维制备成0°聚丙烯腈预氧丝纤维无纬布、聚丙烯腈预氧丝纤维网胎和90°聚丙烯腈预氧丝纤维无纬布，然后用磁控溅射技术进行表面金属催化剂喷涂处理，然后将0°聚丙烯腈预氧丝纤维无纬布、聚丙烯腈预氧丝纤维网胎和90°聚丙烯腈预氧丝纤维无纬布依次叠层，然后采用三维针刺方法针刺成形，得到航空发动机轴承聚丙烯腈预氧丝纤维预制体；其中，喷涂所述金属催化剂的质量为待喷涂纤维总质量的0.05％～2％；针刺密度为25针/cm2～49针/cm2；S103：将硝酸钠、石墨粉与浓硫酸按照(1～3)：1：(100～220)的质量比在冰浴条件下混合并搅拌0.3h～0.8h，再加入上述混合液总质量10％～25％的次氯酸钠，然后在42℃～48℃水浴条件下搅拌0.3h～0.8h，再加入与上述混合液等体积的质量浓度为10％～40％的草酸溶液，然后在42℃～48℃水浴条件下搅拌1.5h～2.5h，得到氧化石墨烯前驱液；其中，所述浓硫酸的浓度为：70wt％～85wt％；S104：将所述预制体放入浸渍罐中并抽真空至30Pa以内，然后将所述氧化石墨烯前驱液注入到所述浸渍罐中浸渍6h～12h，然后在0.5MPa～3MPa的氮气加压下辅助浸渍0.5h～2h，再取出并在75℃～85℃温度下干燥，然后在900℃～1100℃温度下热处理2h～4h，得到改性后的预制体；S105：把所述改性后的预制体放入气相沉积炉中，利用等温等压法原位生长碳纳米增强纤维；S106：将所述步骤S105处理过的预制体再次放入气相沉积炉中，利用弱温差弱压差法进行致密化，直至其密度达到1.65g/cm3～2.0g/cm3；S107：将经过所述步骤S106处理过的预制体在保护气体气氛下进行高温石墨化处理；S108：将树脂在65℃～75℃水浴搅拌条件下溶于二甲苯溶液中，配制 成质量分数为20％～45％的树脂浸渍液，将所述聚丙烯腈预氧丝纤维增强C/C‑SiC复合材料轴承在树脂浸渍液中压力浸渍8h～12h，然后在105℃～115℃温度下干燥固化4h～10h；S109：将所述步骤S108处理过的聚丙烯腈预氧丝纤维增强C/C‑SiC复合材料轴承放入石墨模具中，称取与其质量比为1.2～2.7的硅粉进行各向近厚包埋，至硅粉恰好淹没复合材料的上表面为止，然后在高温热处理炉中进行融熔渗硅，首先真空升温至1440℃并保温0.5h～1.5h，然后通入氩气至1kPa～3kPa，然后升温至1550℃～1900℃，并保温1h～3h，然后随炉冷却至室温，得到聚丙烯腈预氧丝纤维增强C/C‑SiC复合材料轴承。