一种复合材料快速制造方法与流程

本发明涉及复合材料预制体制造，具体涉及一种复合材料快速制造方法。

背景技术：

1、三维复合材料相比于传统的平面复合材料，具有优异的抗损伤容限性能、抗冲击性能、层间连接性能等优势。其独有三维结构组织，使得三维复合材料在厚度方向具有突出的结构特性。目前，三维复合材料已广泛应用于航空航天、轨道交通等领域。常见的三维复合材料的成形方法有三维编织、三维机织、铺层缠绕和针刺缝合等。

2、三维复合材料预制体需要进行基体材料填充纤维预制体内部孔隙的致密化处理。三维预制体由于其内部纤维密度高，导致进行液相或气相基体材料时浸渍难度大，所需时间长。前驱体在预制体内的填充及分布情况会直接影响复合材料的整体性能。

3、在复合材料广阔的应用背景下，单纯的碳碳复合材料难以满足航空航天领域的环境使用要求，需要添加金属陶瓷粉来提高碳碳复合材料的抗氧化和抗烧蚀性能。目前常用的将金属陶瓷粉末添加到复合材料中的方法有反应熔渗法(rmi)和前驱体浸渍裂解法(pip)等。

4、本发明提出了一种复合材料快速制造方法，通过将致密化处理所需的前驱体基体材料预编入预制体中，实现高密度预制体也可以做到快速浸渍。同时所用的预添加材料也可以是功能性材料，如增加预制体抗烧蚀性能的zrb2粉末。采用该方法一方面可以使预制体在致密化处理过程中，致密度高，浸渍质量好；另一方面，采用复合材料快速制造方法，可以实现功能性复合材料的快速制造成形。

技术实现思路

1、本发明主要提供一种复合材料快速制造方法，该方法主要解决复合材料成形过程中，预制体致密化存在的浸渍难度大，浸渍效率低，浸渍质量差的问题。

2、为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提出了一种复合材料快速制造方法，具体步骤如下：

3、(a)将三维cad模型进行分层切片处理；

4、(b)依据三维cad分层切片模型，结合预制体构件的使用性能要求，确定每一层纤维束和预添加材料的规格，同时进行每一层纤维和预添加材料的配比设计；

5、(c)依据复合材料构件的使用性能要求，进行纤维铺放路径和预添加材料预铺放位置的规划；

6、(d)依据三维cad模型，在织造设备上布置z向导向阵列；

7、(e)依据每层的纤维和预添加材料的铺放规划，进行指定规格和含量的纤维束铺放和预添加材料的添加，完成一层复合织造层的织造；

8、(f)重复步骤(e)，完成n层复合织造层的织造；

9、(g)对所完成的n层复合织造层进行一次压实保压处理；

10、(h)重复步骤(e)、(f)、(g)，完成预制体件的成形；

11、(i)将已成形的预制体件进行致密化处理，得到低孔隙率的复合材料构件。

12、进一步的，预添加材料可以是基体材料、预浸料以及功能性材料，其规格与含量需根据预制体构件使用性能提前计算。

13、进一步的，预添加料铺放方式，可以是粉末、丝材、薄膜单独添加或者多种混合添加，其中粉末材料的添加方式可以是纤维束包裹着一起铺放，也可以是纤维束铺放一定层数，再由喷洒的方式将粉末材料加入编织的纤维层中。

14、进一步的，所述的预添加材料的添加位置，可以根据复合材料构件性能要求，在织造层指定的位置进行指定含量的添加。

15、进一步的，压实保压过程中可以进行加热加压处理，利用预添加材料的粘度固定纤维层，有效减少编织过程纤维层产生的回弹。

16、应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

17、1)相比于目前常用的致密化工艺包括化学气相渗透(cvi)和液相浸渍碳化法(lpi)，针对预添加材料是基体材料时，通过纤维和预添加材料的配比设计和路径规划设计，可以实现基体材料和纤维的混合一体化成形，最后通过直接加热加压可以获得高致密度的复合材料。

18、2)预添加材料的种类形式多样，可以是浸渍前驱体树脂丝材、粉末、薄膜或预浸料，也可以是实现复合材料某个功能的功能性材料；预添加材料可以在特定的位置进行设定比例的铺放，复合材料成形可设计性强。如通过将zrc粉末渗入进碳纤维复合材料中，聚丙烯腈树脂为树脂基体，可以有效提高材料的抗烧蚀性能。

技术特征：

1.一种复合材料快速制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的复合材料快速制造方法，其特征在于，所述的需铺放的预添加材料，预添加材料可以是基体材料、预浸料以及功能性材料，其规格与含量需根据预制体构件使用性能提前计算。

3.根据权利要求1所述的复合材料快速制造方法，其特征在于，所述的预添加料铺放方式，可以是粉末、丝材、薄膜单独添加或者多种混合添加，其中粉末材料的添加方式可以是纤维束包裹着一起铺放，也可以是纤维束铺放一定层数，再由喷洒的方式将粉末材料加入编织的纤维层中。

4.根据权利要求1所述的复合材料快速制造方法，其特征在于，所述的预添加材料的添加位置，可以根据复合材料构件性能要求，在织造层指定的位置进行指定含量的添加。

5.根据权利要求1所述的复合材料快速制造方法，其特征在于，所述的压实保压过程中可以进行加热加压处理，利用预添加材料的粘度固定纤维层，有效减少编织过程纤维层产生的回弹。

技术总结
本发明涉及一种复合材料快速制造方法，依据复合材料构件的的结构特征、使用性能要求等，获得复合材料构件三维CAD切片模型，确定纤维和预添加材料的规格，同时进行纤维和预添加材料的配比设计，按指定的纤维和预添加材料的铺放路径进行预制体件的织造，将所获的预制体构件进行致密化处理，得到所需的复合材料预制体构件。本发明提出的复合材料快速制造方法，通过在预制体织造过程中引入预添加材料，极大的缩短了浸渍固化所需要的时间，实现了大尺寸复合材料构件的高效高质量致密化处理，同时，本发明采用的预添加材料可以是功能性材料，实现功能性复合材料的快速精准制造成形，极大的扩大了复合材料的应用领域。

技术研发人员：刘丰,应哲赟,单忠德,吴晓川,陈哲
受保护的技术使用者：北京机科国创轻量化科学研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13