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CN111692612A - 一种三维机织航空火焰稳定器及其制备方法 - Google Patents

一种三维机织航空火焰稳定器及其制备方法 Download PDF

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CN111692612A
CN111692612A CN202010562849.3A CN202010562849A CN111692612A CN 111692612 A CN111692612 A CN 111692612A CN 202010562849 A CN202010562849 A CN 202010562849A CN 111692612 A CN111692612 A CN 111692612A
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dimensional
fiber
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沈国芬
伍立立
宗晟
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YIXING XINLI WEAVING CO Ltd
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YIXING XINLI WEAVING CO Ltd
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Abstract

本发明公开了一种三维机织航空火焰稳定器及其制备方法，包括：使用2.5D织造技术将纤维束机织成纤维预制体，以预制体作为增强骨架增强陶瓷基体，采用PIP或CVI复合成型工艺完成复合材料的制备，得到最终2.5D陶瓷基复合材料火焰稳定器。本发明制备得到的三维机织航空火焰稳定器提大大减轻了构件的质量，提高推动比以提供更大的推力，而且可以很大程度提高火焰稳定器的工作稳定性及高效性，延长其使用寿命，满足新一代航空材料的发展要求。

Description

一种三维机织航空火焰稳定器及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种三维机织航空火焰稳定器及其制备方法，属于航空发动机燃烧室技术领域。
背景技术
航空燃烧部件的使用都是在极其苛刻的环境中，需要承受高温、复杂的应力变化、水氧腐蚀和热冲击等，为了满足先进航空器件的使用性能要求，材料应具备以下性能：良好的热稳定性、高温下优良的持久强度、冷热疲劳性能、振动疲劳性能等以及符合要求的热物理性质。为了提高航空器件的工作稳定性，强化其使用能力，同时延长使用寿命，研发一种高推重比、结构轻质化的航空火焰稳定器是急需解决的问题。
火焰稳定器是航空高温中等载荷静止件，使用陶瓷基复合材料制备，直接提高了推动比，明显提高材料的承受使用温度，减轻结构质量，能产生更大的推力，有更长的使用寿命，从而降低结构设计的复杂性。陶瓷基复合材料在此方面具有明显的性能优势，已成为先进航空发动机部件最有潜力的替代材料。
而本发明提供一种三维机织航空火焰稳定器及其制备方法，结合2.5D机织技术和先驱体浸渍裂解法(PIP)、化学气相渗透法(CVI)复合成型工艺，实现材料-结构-功能一体化设计，有效提高火焰稳定器的工作稳定性，满足新一代航空材料的发展要求。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种三维机织航空火焰稳定器及其制备方法，采用2.5D立体机织结构设计和先驱体浸渍裂解法(PIP)、化学气相渗透法(CVI)复合成型工艺，得到致密化陶瓷基复合材料，达到高推重比、结构轻质化的设计要求，具有良好的损伤容限，有效提高器件的工作稳定性与高效性。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种三维机织航空火焰稳定器的制备方法，包括以下步骤：
(1)根据航空火焰器工作环境的性能要求，进行2.5D立体机织结构设计；
(2)根据2.5D立体机织结构设计，利用变截面一体化编织工艺进行三维机织制备得到2.5D纤维预制体；
(3)以2.5D纤维预制体作为增强骨架结构，采用先驱体浸渍裂解法(PIP)对增强骨架结构进行复合成型，制备得到最终的三维机织航空火焰稳定器。
进一步的，步骤(2)中，所述2.5D纤维预制体采用碳化硅纤维束状加捻纱线编织而成。
进一步的，步骤(2)中，所述2.5D纤维预制体的纤维体积含量控制在55％±5％。
进一步的，步骤(2)中，所述2.5D立体机织结构为2.5D机织技术中的浅交弯联结构。
进一步的，步骤(3)中，所述先驱体浸渍裂解法(PIP)包括：在设定温度和压力下，将液态聚合物浸渗到多孔纤维织物预制体中，并在惰性气体保护下进行交联固化，高温热解转化为陶瓷基体，需要多次反复进行浸渍－固化－热解过程，最终形成三维机织航空火焰稳定器。
进一步的，步骤(3)还包括：以2.5D纤维预制体作为增强骨架结构，采用先驱体浸渍裂解法(PIP)结合化学气相渗透法(CVI)对增强骨架结构进行复合成型，制备得到最终的三维机织航空火焰稳定器；
所述先驱体浸渍裂解法(PIP)结合化学气相渗透法(CVI)的制备方法包括：使用气态先驱体在设定温度及常压下裂解并沉积在多孔纤维预制件内来制备陶瓷基体，在预制体内沉积填充得到致密化陶瓷基复合材料，即最终的三维机织航空火焰稳定器。
根据上述方法制备得到的三维机织航空火焰稳定器，即在2.5D立体机织骨架结构的基础上采用先驱体浸渍裂解法(PIP)或结合化学气相渗透法(CVI)进行复合成型工艺制备而成。
有益效果：本发明提供的一种三维机织航空火焰稳定器及其制备方法，相对于现有技术，具有以下优点：
1、采用2.5D三维立体机织织造技术，不仅具有三维复合材料的高比模量、比强度、抗分层能力及抗冲击损伤等优点，还克服了三维多向机织复合材料在复杂异型结构生产上的不足。
2、预制体结合先驱体浸渍裂解法(PIP)或结合化学气相渗透法(CVI)复合成型工艺，可近净成型制备得到具有空间网状结构的骨架结构增强陶瓷基复合材料。
3、能够根据航空火焰稳定器的工作环境的性能要求，制备得到满足要求的陶瓷基复合材料，有效提高了器件的承受温度，实现高推重比与结构轻质化，能产生更大的推力，从而降低结构设计的复杂性。
附图说明
图1为本发明三维机织航空V型火焰稳定器的结构示意图；
图2为本发明中2.5D浅交联机织结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例一
图1为本发明的一种三维机织航空V型火焰稳定器结构，预制件采用碳化硅纤维束状加捻纱线编织而成，机织结构采用2.5D浅交联结构，如图2所示。其中，纱线只通过织物相邻两层的角连锁结构织物，靠着这种相邻层的连接，使织物成为一个整体的结构，预制体的纤维体积分数维持在55％±5％。
三维机织后的预制体作为增强骨架结构，采用先驱体浸渍裂解法(PIP)复合成型技术：以熔融先驱体聚碳硅烷PCS真空浸渗到多孔纤维织物预制体中，先驱体进入预制件孔隙后固化，然后在高温1100℃～1200℃的N2下裂解转化为陶瓷基体，需要反复进行5～8次浸渍－固化－热解，得到致密化陶瓷基复合材料。
实施例二
图1为本发明的三维立体机织一种航空V型火焰稳定器结构，预制件采用碳化硅纤维束状加捻纱线编织而成，编制结构采用2.5D浅交联结构，如图2所示。其中，纱线只通过织物相邻两层的角连锁结构织物，靠着这种相邻层的连接，使织物成为一个整体的结构，预制体的纤维体积分数维持在55％±5％。
三维机织后的预制体作为增强骨架结构，通过PIP结合CVI工艺制备陶瓷基复合材料：首先将纤维预制件置于化学气相沉积炉内，通过CVI工艺制备陶瓷基涂层，反应温度为1200℃，反应时间5h；再将液态先驱体聚碳硅烷PCS采用真空浸渍法浸入纤维预制件中，将干燥后的预制件置于1200℃的惰性气氛中加热使先驱体PCS转化为陶瓷基体，重复浸渍裂解过程得到陶瓷基复合材料；最后将陶瓷基复合材料置于1200℃化学气相沉积炉内反应30h，得到整体涂层的致密化陶瓷基复合材料复合材料。
根据上述方法制备得到的三维机织航空火焰稳定器，即在2.5D立体机织骨架结构的基础上采用先驱体浸渍裂解法(PIP)或结合化学气相渗透法(CVI)进行复合成型工艺制备而成。采用2.5D三维立体机织织造技术，不仅具有三维复合材料的高比模量、比强度，抗分层能力及抗冲击损伤等优点，还克服了三维多向机织复合材料在复杂异型结构生产上的不足；预制体结合先驱体浸渍裂解法(PIP)或结合化学气相渗透法(CVI) 复合成型工艺，可近净成型制备得到具有空间网状结构的骨架结构增强陶瓷基复合材料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种三维机织航空火焰稳定器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据航空火焰器工作环境的性能要求，进行2.5D立体机织结构设计；
(2)根据2.5D立体机织结构设计，利用变截面一体化编织工艺进行三维机织制备得到2.5D纤维预制体；
(3)以2.5D纤维预制体作为增强骨架结构，采用先驱体浸渍裂解法对增强骨架结构进行复合成型，制备得到最终的三维机织航空火焰稳定器。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述2.5D纤维预制体采用碳化硅纤维束状加捻纱线编织而成。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述2.5D纤维预制体的纤维体积含量控制在55％±5％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述2.5D立体机织结构为2.5D机织技术中的浅交弯联结构。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述先驱体浸渍裂解法包括：在设定温度和压力下，将液态聚合物浸渗到多孔纤维织物预制体中，并在惰性气体保护下进行交联固化，高温热解转化为陶瓷基体，需要多次反复进行浸渍－固化－热解过程，最终形成三维机织航空火焰稳定器。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)还包括：以2.5D纤维预制体作为增强骨架结构，采用先驱体浸渍裂解法结合化学气相渗透法对增强骨架结构进行复合成型，制备得到最终的三维机织航空火焰稳定器；
所述先驱体浸渍裂解法结合化学气相渗透法的制备方法包括：使用气态先驱体在设定温度及常压下裂解并沉积在多孔纤维预制件内来制备陶瓷基体，在预制体内沉积填充得到致密化陶瓷基复合材料，即最终的三维机织航空火焰稳定器。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的方法制备得到的三维机织航空火焰稳定器。
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