一种浸渍装置、使用浸渍装置制备纤维增强先驱体转化陶瓷基复合材料的方法与流程

1.本发明涉及材料制备领域，具体的说，尤其涉及一种浸渍装置、使用浸渍装置制备纤维增强先驱体转化陶瓷基复合材料的方法。


背景技术：

2.聚合物浸渍-裂解法是制备先驱体转化陶瓷基纤维增强复合材料的传统工艺方法，该制备方法具有分子可设计性好、可低温陶瓷化、高温性能好等优点，但是同时也存在以下缺点：(1)受限于现有纤维预制体的制备方法，难以制备形状复杂的陶瓷基纤维增强复合材料；(2)浸渍裂解过程能实现材料的致密化，但是在先驱体裂解过程中有许多小分子逸出，导致制品孔隙率较高；(3)裂解过程基体体积的收缩大，易产生微裂纹、气孔和损伤纤维，影响制品质量和性能。


技术实现要素：

3.为了解决现有常规方法制备陶瓷基纤维复合材料存在形状单一、孔隙多、有裂纹的问题，本发明提供一种浸渍装置、使用浸渍装置制备纤维增强先驱体转化陶瓷基复合材料的方法。
4.一种浸渍装置，包括用于放置预制件的机台，以及脱模布和真空袋，所述脱模布设置在预制件的上表面和/或下表面，所述真空袋密封包裹所述预制件和脱模布，所述脱模布与真空袋之间具有间隙，所述真空袋上设有伸入所述真空袋内的进胶管和出胶管，所述进胶管和出胶管分别设置在预制件的两侧边，所述进胶管用于先驱体的进料，所述出胶管伸出真空袋的一端连接有收集桶，所述出胶管侧边设有用于对真空袋进行抽真空的抽真空装置。该浸渍装置能够提高浸渍效率、浸渍效果，确保成品的质量，脱模布设置预制件表面，对预制件表面起到保护作用，同时又能提高预制件的浸渍效果。
5.可选的，所述预制件包括芯模，以及在所述芯模上成型的纤维。成型的形状不单一。
6.可选的，所述脱模布与真空袋之间设有导流网，所述导流网设置在脱模布两端的表面。提高预制件的浸渍效果，避免出胶管堵塞。
7.可选的，所述抽真空装置包括设置在收集桶侧边的真空泵，以及与所述真空泵连接的抽气管，所述抽气管和出胶管均伸入收集桶内，所述收集桶为密封结构。抽真空装置对预制件中的空气抽走，确保浸渍充分，提高浸渍效果，缩短浸渍时间。
8.可选的，所述收集桶上设有真空表。确保浸渍效果。
9.可选的，所述芯模为实心柱体结构。确保预制件上表面和下表面的浸渍效果。
10.一种使用浸渍装置制备纤维增强先驱体转化陶瓷基复合材料的方法，包括浸渍装置，包括以下步骤：
11.s1：将纤维制备成预制件：将纤维在芯模上成型，得到预制件；
12.s2：对预制件进行浸渍：将预制件放入浸渍装置，抽真空装置将真空袋内的空气排出，先驱体进入浸渍装置内，对预制件进行浸渍；
13.s3：对预制件进行固化：将进胶管从真空袋上拆卸下来，将真空袋与进胶管的连接处进行密封，此时抽真空装置仍然工作；
14.然后将出胶管拆卸，将真空袋与出胶管的连接处进行密封，将真空袋以及真空袋内的所有结构一起放入烘箱内，所述烘箱进行加热。
15.s4：对预制件进行烧结:将预制件放入裂解炉进行烧结，在烧结过程中，往裂解炉充入氩气，并进行排气；
16.s5：重复步骤s2-s4若干次后，将预制件从裂解炉取出，得到陶瓷基纤维复合材料。制备得到的陶瓷基纤维复合材料具有致密性好、裂纹少、孔隙率低和质量好的优点。
17.可选的，在将纤维制备成预制件后，还包括以下步骤：
18.对预制件进行测量，测量预制件的尺寸和重量，若测量数据符合预设数据范围，则进行步骤s2，若测量数据不符合预设数据范围，则重新进行预制件的制备。确保制备得到陶瓷基纤维复合材料的品质。
19.可选的，烘箱加热时间为≤6小时。提高陶瓷基纤维复合材料的质量。
20.可选的，裂解炉的加热温度为0-1500摄氏度，加热时间为≤5小时。提高陶瓷基纤维复合材料的质量。
21.与现有技术相比，有益效果在于：
22.本发明提供一种浸渍装置，脱模布容易从预制件撕下，确保预制件表面的平整度，且不会损伤预制件；抽真空装置将预制件中的空气排出，提高预制件的浸渍效果，能够提高致密度、降低孔隙率和减少裂纹，有利于提高最后成品的质量。先驱体自动进料，浸渍装置使用方便，浸渍效果好，浸渍时间短。
23.本发明提供一种使用浸渍装置制备纤维增强先驱体转化陶瓷基复合材料的方法，通过成型工艺来制作预制件，解决传统工艺存在难成型、纤维易断裂、纤维分布不均匀的问题，本发明能够制备形状复杂的预制件；浸渍装置可以排出预制件中的空气，有利于先驱体充分填充到预制件中，提高了浸渍效果，缩短了浸渍时间，有利于降低最后成品的孔隙率，增加了致密性，提高陶瓷基纤维复合材料构件的性能。
附图说明
24.图1为本发明实施例提供的浸渍装置的结构示意图。
具体实施方式
25.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
26.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
27.本实施例提供一种浸渍装置，参考附图1，包括用于放置预制件1的机台2，以及脱模布3和真空袋4，脱模布3设置在预制件1的上表面和/或下表面，真空袋4密封包裹预制件1和脱模布3，脱模布3与真空袋4之间具有间隙，真空袋4上设有伸入真空袋4内的进胶管5和出胶管6，进胶管5和出胶管6分别设置在预制件1的两侧边，进胶管5用于先驱体的进料，出胶管6伸出真空袋4的一端连接有收集桶7，出胶管6侧边设有用于对真空袋4进行抽真空的抽真空装置8。
28.具体的，机台2上放置预制件1，该预制件1包括芯模，以及在芯模上成型的纤维，在预制件1的上表面和/或下表面铺设脱模布3，然后真空袋4将组装好的预制体和脱模布3进行包裹，真空袋4至少有两个开口，分别用于与进胶管5和出胶管6连接，采用密封胶条12将进胶管5和真空袋4进行固定，以及实现真空袋4密封，同样可以采用密封胶条12将出胶管6和真空袋4进行固定和密封。该先驱体放置在储存筒11内，通过进胶管5进入到真空袋4内，抽真空装置8将真空袋4内空气通过出胶管6抽走，同时真空袋4内的部分先驱体也通过出胶管6流动到收集桶7内。
29.该进胶管5和出胶管6可以与预制体的水平中线位于同一水平面上。
30.在一些实施例中，该脱模布3与真空袋4之间设有导流网9，导流网9设置在脱模布3两端的表面。
31.因为脱模布3和真空袋4之间有间隙，部分先驱体流入到位于预制体上表面的脱模布3和真空袋4之间，然后流入预制体的上表面，部分先驱体则流入到位于预制体下表面的脱模布3和真空袋4之间，然后流入预制体的下表面，实现对成型纤维束的浸渍。为了确保浸渍充分，应该尽可能将先驱体保留在脱模布3的表面，导流网9就能够起到减缓先驱体流动速度的作用，从而使先驱体尽量保留在脱模布3的表面，同时，导流网9有利于避免堵塞出胶管6。脱模布3具有一定的吸收力，同时能够保护纤维的表面，避免因先驱体流动造成表面不平整、坑洼的情况，而且脱模布3容易撕下，撕下的同时不会撕掉或损伤纤维。
32.在一些实施例中该抽真空装置包括设置在收集桶7侧边的真空泵81，以及与真空泵81连接的抽气管82，抽气管82和出胶管6均伸入收集桶7内，收集桶7为密封结构。
33.该收集桶7上设有真空表10，真空表10检测真空袋4、出胶管6和收集桶7共同组成的密闭空间内的气体压力情况，便于更好的确定真空袋4内的空气排出情况。该抽真空装置可以排出预制体中的空气，有利于先驱体填充到预制体的纤维间的孔隙内，有利于提高浸渍效率，缩短浸渍时间，同时降低最后成品的孔隙率，增加致密性，提高成品的质量和性能。
34.该芯模为实心柱体结构，本发明提供芯模结构的两个实施例：
35.实施例一：芯模为实心柱体结构，且为一体结构，纤维成型在芯模的表面；实施例二：芯模为实心柱体结构，但不是一体结构。具体为：芯模包括管体，管体的两端为开口结构，在管体内设有实心的柱体，该结构便于现有夹具对其进行定位。将芯模设计为实心柱体结构，这样先驱体就只能流动到预制体的上下表面；脱模布3对先驱体具有一定的吸收力，相当于起到海绵的作用，先驱体进入脱模布3，然后再进入预制体。
36.通过现有数控成型设备将纤维预成型在芯模上，芯模具有较好的比强度、比刚度，可以确保预成型过程中纤维排布均匀，并且因为纤维有一定的张力，保证了纤维预成型后的致密度。
37.本发明提供一种浸渍装置，脱模布3容易从预制件1撕下，确保预制件1表面的平整
度，且不会损伤预制件1；抽真空装置8将预制件1中的空气排出，提高预制件1的浸渍效果，能够提高致密度、降低孔隙率和减少裂纹，有利于提高最后成品的质量。先驱体自动进料，浸渍装置使用方便，浸渍效果好，浸渍时间短。
38.一种使用浸渍装置制备纤维增强先驱体转化陶瓷基复合材料的方法，包括浸渍装置，包括以下步骤：
39.s1：将纤维制备成预制件1：将纤维在芯模上成型，得到预制件1；
40.s2：对预制件1进行浸渍：将预制件1放入浸渍装置，抽真空装置8将真空袋4内的空气排出，先驱体进入浸渍装置内，对预制件1进行浸渍；
41.具体的，在预制件1的上表面和/或下表面铺设脱模布3，然后真空袋4将组装好的预制体和脱模布3进行包裹，真空袋4至少有两个开口，分别用于与进胶管5和出胶管6连接，采用密封胶条12将进胶管5和真空袋4进行固定和密封，同样可以采用密封胶条12将出胶管6和真空袋4进行固定和密封。该先驱体放置在储存筒11内，通过进胶管5进入到真空袋4内，抽真空装置8将真空袋4内空气通过出胶管6抽走，同时真空袋4内的部分先驱体也通过出胶管6流动到收集桶7内。
42.真空袋4至少有两个开口，分别用于与进胶管5和出胶管6连接，采用密封胶条12将进胶管5和真空袋4进行固定，以及实现真空袋4密封，同样可以采用密封胶条12将出胶管6和真空袋4进行固定和密封。
43.s3：对预制件1进行固化：将进胶管5从真空袋4上拆卸下来，将真空袋4与进胶管5的连接处进行密封，此时抽真空装置8仍然工作；
44.然后将出胶管6拆卸，将真空袋4与出胶管6的连接处进行密封，将真空袋4以及真空袋4内的所有结构一起放入烘箱内，烘箱进行加热。
45.具体的，将真空袋4、预制件1、导流网9和脱模布3一起放入烘箱内，调节升温程序，烘箱加热时间为≤6小时，确保先驱体充分固化。
46.s4：对预制件1进行烧结:将预制件1放入裂解炉进行烧结，在烧结过程中，往裂解炉充入氩气，并进行排气；
47.具体的，将真空袋4、导流网9和脱模布3拆卸下来，只需要将固化后的预制件1进行烧结，往裂解炉的进气口持续的充入氩气，从预制件1释放出来的杂元素和氩气一起从裂解炉的出气口排出。裂解炉的加热温度为0-1500摄氏度，加热时间为≤5小时，充分烧结为陶瓷。
48.s5：重复步骤s2-s4若干次后，将预制件1从裂解炉取出，得到陶瓷基纤维复合材料。重复步骤，直至先驱体转化陶瓷基纤维增复合材料构件的各项性能指标满足要求，即可得到陶瓷基纤维复合材料构件。
49.在一些实施例中，在将纤维制备成预制件1后，还包括以下步骤：
50.对预制件1进行测量，测量预制件1的尺寸和重量，若测量数据符合预设数据范围，则进行步骤s2，若测量数据不符合预设数据范围，则重新进行预制件1的制备。
51.对预制件1进行测量，确保预制件1的尺寸和重量符合要求，从而确保最后得到的陶瓷基纤维复合材料的质量。因为在浸渍过程中，纤维的厚度和数量会对浸渍效果有影响，为了确保浸渍效果，有必要控制纤维的成型效果，通过对预制件1尺寸和重量的测量，是一种高效、简单来确保预制件1的质量的方式。
52.本发明通过预成型工艺将纤维成型在芯模上，有利于克服纤维浸渍过程中易散乱、得到的材料存在强度低、热导率低、寿命短的问题。
53.本发明提供一种使用浸渍装置制备纤维增强先驱体转化陶瓷基复合材料的方法，通过成型工艺来制作预制件1，解决传统工艺存在难成型、纤维易断裂、纤维分布不均匀的问题，本发明能够制备形状复杂的预制件1；浸渍装置可以排出预制件1中的空气，有利于先驱体充分填充到预制件1中，提高了浸渍效果，缩短了浸渍时间，有利于降低最后成品的孔隙率，增加了致密性，提高陶瓷基纤维复合材料构件的性能。
54.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
55.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
56.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实施的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。