一种制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具及制备方法

本发明涉及纤维增强陶瓷基复合材料制备，具体涉及一种制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具及制备方法。

背景技术：

1、纤维增强陶瓷基复合材料作为一种新型的高温材料，因其所具备的低密度（约为高温合金的1/4-1/3）、耐高温（高温仅需或者无需冷却气体）、高强度、高韧性、耐化学侵蚀、非脆性断裂特征等优异性能，相对于高温合金材料具备显著的优势，使其在航天、航空、核能、交通等领域得到了广泛的应用，由于纤维增强陶瓷基复合材料的制备时间长达一到两个月，现有技术中主要通过对微小纤维陶瓷基复合材料进行测试。

2、现有技术cn113334271b公开了一种单束纤维增强陶瓷基复合材料制备用工装夹具，其问题在于：在制备微小纤维增强陶瓷基复合材料时需要纤维束在平板上缠绕并且需要加装固定支撑装置，结构较为复杂、对纤维的长度尺寸要求偏高（由于需要平板两侧缠绕，纤维束长度往往偏长），且由于平板的存在，难以保证界面相和基体相在纤维束内部的有效沉积。

3、因此，亟需提供一种能够满足小尺寸纤维束的工装夹具。

技术实现思路

1、本发明提供一种制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具，以提供一种无需缠绕即可实现对纤维束固定的工装夹具。

2、本发明的第一方面，提供一种制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具，用于固定纤维束以避免纤维束在界面相沉积和基体相沉积过程中发生变形，其特征在于，包括压条，紧固装置和中空的石墨架，所述纤维束的两端分别放置在在石墨架的两边，所述压条设置在所述纤维束的两端的上方，所述紧固装置用于紧固所述压条和石墨架，以实现对于所述纤维束的紧固，其中

3、所述紧固装置对所述纤维束在界面相沉积中的抵接力小于所述紧固装置对所述纤维束在基体相沉积中的抵接力。

4、可选的，所述防粘纸设置在所述纤维束与所述压条和所述石墨架间，其中所述防粘纸在所述纤维束完成界面相沉积后的基体沉积中设置在所述纤维束与所述压条以及所述纤维束和石墨架之间，用于避免所述纤维束在长时间化学气相渗透中与石墨架和压条无法分离。

5、可选的，在本发明一些实施例中，所述石墨架由第一边，第二边，第三边和第四边围合而成，所述第一边和所述第三边互为对边，所述第二边和所述第四边互为对边，所述纤维束的一端与所述第一边固定，另一端与所述第三边固定，所述第二边和所述第四边的长度不大于所述纤维束的长度，其中

6、所述第一边与所述第三边平行，用以保证多个所述纤维束固定时的长度相同。

7、可选的，在本发明一些实施例中，所述紧固装置包括螺杆和螺母，所述石墨架和所述压条上设置有用于使所述螺杆通过的通孔，其中

8、所述紧固装置通过调整所述螺杆和所述螺母的相对位置以实现对所述压条和石墨架的紧固。

9、可选的，在本发明一些实施例中，所述通孔设置在所述第一边或所述第三边的两端，所述纤维束设置在所述通孔间，用以减少所述石墨架的中间区域的纤维束沉积均匀性的影响。

10、可选的，在本发明一些实施例中，所述螺母与所述螺杆固定后所述螺母的外径不超过所述石墨架的边缘。

11、可选的，在本发明一些实施例中，所述第一边和所述第三边上至少部分固定有胶体，所述纤维束设置在所述第一边和所述第三边固定有胶体的位置处，用于实现所述纤维束与所述第一边和所述第三边的固定。

12、可选的，在本发明一些实施例中，所述石墨架远离所述压条的一侧设置有凸起部，所述凸起部用于支撑所述石墨架以使所述纤维束水平放置，或者是

13、所述凸起部用于支撑所述石墨架竖直放置。

14、可选的，在本发明一些实施例中，所述凸起部设置在所述石墨架上的所述通孔处，并与所述石墨架的边缘平齐，所述螺杆能够贯通所述凸起部和石墨架设置。

15、本申请的第二方面，提供了一种纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，基于所述的制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具，所述制备方法包括：

16、步骤一：将所述纤维束的两端分别放置在所述石墨架的两边，将压条放置在所述纤维束两端的上方，用紧固装置紧固所述压条和石墨架；

17、步骤二：对所述纤维束做界面相沉积；

18、步骤三：在所述纤维束和所述压条间以及所述纤维束和石墨架之间加入防粘纸，对所述纤维束做基体相沉积；其中

19、所述紧固装置对所述纤维束在界面相沉积中的抵接力小于所述紧固装置对所述纤维束在基体相沉积中的抵接力。

20、可选的，在本发明一些实施例中，所述界面相沉积中的界面相为pyc、bn、sibn、sibcn、（pyc/bn）n多层界面、（pyc/sic）n多层界面、（bn/sic）n多层界面、（bn/si3n4）n多层界面或（sibn/si3n4）n多层界面；

21、所述基体相沉积中的基体为sic、bn、si3n4、sibc、sibn、sibcn、hfc、zrc或tac基体中的任意一种。

22、可选的，在本发明一些实施例中，所述纤维束是sic纤维束、碳纤维束、石墨纤维束、bn纤维束、sibn纤维束、氧化铝纤维束、石英纤维束、氮化硅纤维束中的任意一种。

23、本发明的有益效果为：

24、（1）本发明提供的制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具无需对纤维束进行缠绕，避免纤维束缠绕过程中发生断裂，并使得纤维束可以直接从纤维布上取样并用本发明提供的夹具固定，特别是从短纤维布上直接取样（纤维束长度为20cm以下，优选为15cm以下）并制备微小纤维增强陶瓷基复合材料，表征测试后可最大程度真实反应该纤维布性能，极大提高材料筛选速率并节省sic纤维原材料使用成；

25、（2）采用该工装夹具可以直接垂直放置在炉内，也可以水平侧放于炉内，界面相和基体相沉积过程中不需要额外模具对夹具进行支撑，由于凸起部为长方形结构，占地面积小，放置于炉内可以最大程度节省设备空间，提高设备利用率。

技术特征：

1.一种制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具，用于固定纤维束以避免纤维束在界面相沉积和基体相沉积过程中发生变形，其特征在于，包括压条，紧固装置和中空的石墨架，所述纤维束的两端分别放置在在石墨架的两边，所述压条设置在所述纤维束的两端的上方，所述紧固装置用于紧固所述压条和石墨架，以实现对于所述纤维束的紧固，其中

2. 根据权利要求1所述的制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具，其特征在于，还包括防粘纸，所述防粘纸设置在所述纤维束与所述压条和所述石墨架间，其中所述防粘纸在所述纤维束完成界面相沉积后的基体沉积中设置在所述纤维束与所述压条以及所述纤维束和石墨架之间。

3. 根据权利要求1所述的制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具，其特征在于，所述石墨架由第一边，第二边，第三边和第四边围合而成，所述第一边和所述第三边互为对边，所述第二边和所述第四边互为对边，所 述纤维束的一端与所述第一边固定，另一端与所述第三边固定，所述第二边和所述第四边的长度不大于所述纤维束的长度，其中

4.根据权利要求3中任一项所述的制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具，其特征在于，所述紧固装置包括螺杆和螺母，所述石墨架和所述压条上设置有用于使所述螺杆通过的通孔，其中

5.根据权利要求4所述的制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具，其特征在于，所述通孔设置在所述第一边或所述第三边的两端，所述纤维束设置在所述通孔间。

6.根据权利要求4所述的制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具，其特征在于，所述螺母与所述螺杆固定后所述螺母的外径不超过所述石墨架的边缘。

7. 根据权利要求3所述的制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具，其特征在于，所述第一边和所述第三边上至少部分固定有胶体，所述纤维束设置在所述第一边和所述第三边固定有胶体的位置处，用于实现所述纤维束与所述第一边和所述第三边的固定。

8.根据权利要求4所述的制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具，其特征在于，所述石墨架远离所述压条的一侧设置有凸起部，所述凸起部用于支撑所述石墨架以使所述纤维束水平放置，或者是

9.根据权利要求8所述的制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具，其特征在于，所述凸起部设置在所述石墨架上的所述通孔处，并与所述石墨架的边缘平齐，所述螺杆能够贯通所述凸起部和石墨架设置。

10.一种纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，基于权利要求1-9中任意一项所述的制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具，所述制备方法包括：步骤一：将所述纤维束的两端分别放置在所述石墨架的两边，将压条放置在所述纤维束两端的上方，用紧固装置紧固所述压条和石墨架；

11.根据权利要求10所述的纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，

12.根据权利要求10所述的纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于，所述纤维束是sic纤维束、碳纤维束、石墨纤维束、bn纤维束、sibn纤维束、氧化铝纤维束、石英纤维束、氮化硅纤维束中的任意一种。

技术总结
本发明涉及纤维增强陶瓷基复合材料制备技术领域，具体涉及一种制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具及制备方法。一种制备纤维增强陶瓷基复合材料的夹具，用于固定纤维束以避免纤维束在界面相沉积和基体相沉积过程中发生变形，其特征在于，包括压条，紧固装置和中空的石墨架，所述纤维束的两端分别放置在在石墨架的两边，所述压条设置在所述纤维束的两端的上方，所述紧固装置用于紧固所述压条和石墨架，以实现对于所述纤维束的紧固，其中所述紧固装置对所述纤维束在界面相沉积中的抵接力小于所述紧固装置对所述纤维束在基体相沉积中的抵接力。

技术研发人员：廖春景,董绍明,张翔宇,杨金山,罗瀚,陈小武,薛玉冬
受保护的技术使用者：中国科学院上海硅酸盐研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11