本發(fā)明涉及高溫耐燒蝕復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前高速飛行器的主要受熱部件用的耐燒蝕材料是c/c及c/c-sic復(fù)合材料、高溫陶瓷材料等。上述耐燒蝕材料雖然具有良好的耐燒蝕性能，但是在制備某些特殊部位如傳動軸等耐燒蝕構(gòu)件時，由于加工精度低，存在構(gòu)件與其它部件的連接及裝配配合精度低，連接強(qiáng)度低等問題。尤其是對于一些在高溫高壓的條件下，一些構(gòu)件不僅要承受高的熱流，還要承受較大的應(yīng)力，而c/c及c/c-sic復(fù)合材料由于材料自身強(qiáng)度的限制，無法滿足構(gòu)件的力學(xué)性能要求；而高溫陶瓷材料雖然強(qiáng)度較高，但由于材料的本征脆性也無法滿足超高速氣流產(chǎn)生的力的沖擊。由于上述材料的制備工藝的限制，對于耐燒蝕部位和連接部位無法分別加工成零件后再進(jìn)行裝配，更無法實現(xiàn)一體化成型。

專利cn201610474241.9是關(guān)于金屬材料與塑料連接的方法，專利cn201610406278.8、cn201610339408.0、cn103231203a、cn104722919a、cn102794572a等都是關(guān)于異種金屬材料的焊接方式連接的方法?，F(xiàn)有的一些關(guān)于異種材料連接的專利多數(shù)是關(guān)于兩種不同材質(zhì)的金屬材料通過焊接方法來實現(xiàn)的。而關(guān)于非金屬耐燒蝕材料與金屬之間的異種材料的連接還未見報到。

綜上所述,目前還沒有一種能夠?qū)⒂糜诳垢邷匮趸療g的石墨或c/c材料與金屬材料進(jìn)行鑲嵌一體化連接成型的制備工藝方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決耐燒蝕材料加工及裝配連接精度低以及轉(zhuǎn)軸等承力部位強(qiáng)度不能滿足設(shè)計要求的問題，而提供耗散放熱復(fù)合材料與金屬材料一體化鑲嵌制備方法。

耗散放熱復(fù)合材料與金屬材料一體化鑲嵌制備方法，其特征在于該方法具體是按照以下步驟進(jìn)行的：

一、根據(jù)要求設(shè)計金屬零件與非金屬零件的連接形式；

二、按照步驟一確定的連接形式，加工金屬零件和非金屬零件；

三、將步驟二加工的金屬零件和非金屬零件裝配成組合構(gòu)件；

四、將步驟三裝配的組合構(gòu)件刷涂脫模劑，放入石墨胎膜中；然后將石墨胎膜放入模具中；

五、預(yù)熱模具和浸滲合金，然后將浸滲合金倒入模具中，放石墨壓頭，施加壓力，將浸滲合金滲入組合構(gòu)件中；冷卻，脫模，獲得非金屬復(fù)合材料鑲嵌金屬構(gòu)件，完成耗散放熱復(fù)合材料與金屬材料一體化鑲嵌制備方法。

本發(fā)明中金屬零件用于構(gòu)件與其它零件具有裝配精度要求的部位。非金屬部分用于抵抗高溫及氣流沖刷的部位。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明工藝簡單，成本低、能夠綜合考慮復(fù)合材料的防熱性能與連接金屬零件韌性好的優(yōu)勢，金屬零件與非金屬耗散防熱材料連接緊密、可靠，可在很短的加工周期內(nèi)獲得近凈尺寸的結(jié)構(gòu)功能一體化的、具有良好耐燒蝕性能的耗散防熱復(fù)合材料構(gòu)件，并解決了防熱結(jié)構(gòu)件與整體結(jié)構(gòu)的尺寸配合精度問題。

本發(fā)明方法用于耐燒蝕材料的制備。

附圖說明

圖1為實施例一步驟一中連接形式示意圖，其中1代表非金屬零件材料，2代表帶螺紋金屬軸；

圖2為實施例三步驟一中連接形式示意圖，其中a代表非金屬零件材料，b代表金屬銷，c代表帶孔金屬軸。

具體實施方式

本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的具體實施方式，還包括各具體實施方式之間的任意組合。

具體實施方式一：本實施方式耗散放熱復(fù)合材料與金屬材料一體化鑲嵌制備方法，其特征在于該方法具體是按照以下步驟進(jìn)行的：

一、根據(jù)要求設(shè)計金屬零件與非金屬零件的連接形式；

二、按照步驟一確定的連接形式，加工金屬零件和非金屬零件；

三、將步驟二加工的金屬零件和非金屬零件裝配成組合構(gòu)件；

四、將步驟三裝配的組合構(gòu)件刷涂脫模劑，放入石墨胎膜中；然后將石墨胎膜放入模具中；

五、預(yù)熱模具和浸滲合金，然后將浸滲合金倒入模具中，放石墨壓頭，施加壓力，將浸滲合金滲入組合構(gòu)件中；冷卻，脫模，獲得非金屬復(fù)合材料鑲嵌金屬構(gòu)件，完成耗散放熱復(fù)合材料與金屬材料一體化鑲嵌制備方法。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟一中連接形式為螺紋連接或銷軸連接。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：步驟一中連接形式為銷軸連接時，銷為圓形或扁片形。其它與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：步驟一中金屬零件的材料為耐熱鋼、fe基/ni基高溫合金、mo合金、ti合金或w合金。其它與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同的是：步驟一中非金屬零件的材料為石墨或c\c。其它與具體實施方式一至四之一相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同的是：非金屬零件的材料是密度為1.6g/cm³～1.8g/cm³的c/c復(fù)合材料。其它與具體實施方式一至五之一相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同的是：步驟一中非金屬零件的材料為電極石墨或高純石墨。其它與具體實施方式一至六之一相同。

具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至七之一不同的是：步驟四中脫模劑為bn。其它與具體實施方式一至七之一相同。

具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式一至八之一不同的是：步驟五中浸滲合金為al、mg、si、mo、zr和ta元素中的兩種、三種或四種的混合。其它與具體實施方式一至八之一相同。

具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同的是：步驟一中金屬零件材料為耐熱鋼，非金屬零件材料為密度為1.7g/cm³的高純石墨時，步驟五中將模具在箱式電阻爐中預(yù)熱至600～700℃，將浸滲合金預(yù)熱至750～900℃，浸滲合金為al、si按質(zhì)量比4:1配制的alsi合金。其它與具體實施方式一至九之一相同。

具體實施方式十一：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同的是：步驟五中浸滲合金為alsimo三元合金，將浸滲合金預(yù)熱至860～980℃。其它與具體實施方式一至九之一相同。

具體實施方式十二：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同的是：步驟五中浸滲合金為alsizr三元合金，將浸滲合金預(yù)熱至800～950℃。其它與具體實施方式一至九之一相同。

具體實施方式十三：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同的是：步驟五中浸滲合金為alsita三元合金，將浸滲合金預(yù)熱至880～1050℃。其它與具體實施方式一至九之一相同。

具體實施方式十四：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同的是：步驟五中浸滲合金為alsimota四元合金，將浸滲合金預(yù)熱至700～850℃。其它與具體實施方式一至九之一相同。

具體實施方式十五：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同的是：步驟五中浸滲合金為almg合金，將浸滲合金預(yù)熱至700～850℃。其它與具體實施方式一至九之一相同。

具體實施方式十六：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同的是：步驟五中浸滲合金為al、si按質(zhì)量比3:2配制的alsi合金，將浸滲合金預(yù)熱至1000～1100℃。其它與具體實施方式一至九之一相同。

具體實施方式十七：本實施方式與具體實施方式一至十六之一不同的是：步驟五中預(yù)熱溫度為高于浸滲合金熔點(diǎn)100～200℃。其它與具體實施方式一至十六之一相同。

具體實施方式十八：本實施方式與具體實施方式一至十七之一不同的是：步驟五中施加壓力為20～50mpa。其它與具體實施方式一至十七之一相同。

采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果：

實施例一：

本實施例耗散放熱復(fù)合材料與金屬材料一體化鑲嵌制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的：

一、根據(jù)要求設(shè)計金屬零件與非金屬零件的連接形式為螺紋連接；其中金屬零件材料為耐熱鋼，非金屬零件材料為密度為1.7g/cm³的高純石墨；

二、按照步驟一確定的螺紋連接，加工金屬零件和非金屬零件；

三、將步驟二加工的金屬零件和非金屬零件裝配成組合構(gòu)件；

四、將步驟三裝配的組合構(gòu)件刷涂脫模劑，放入石墨胎膜中；然后將石墨胎膜放入模具中；脫模劑為bn；

五、將模具在箱式電阻爐中預(yù)熱至650℃，將浸滲合金預(yù)熱至800℃，浸滲合金為al、si按質(zhì)量比4:1配制alsi合金，然后將浸滲合金倒入模具中，放石墨壓頭，施加壓力25mpa，保持10min，將浸滲合金滲入組合構(gòu)件中；冷卻，脫模，獲得非金屬復(fù)合材料鑲嵌金屬構(gòu)件，完成耗散放熱復(fù)合材料與金屬材料一體化鑲嵌制備方法。

本實施例步驟一中連接形式示意圖如圖1所示，其中1代表非金屬零件材料，2代表帶螺紋金屬軸。

實施例二：

本實施例耗散放熱復(fù)合材料與金屬材料一體化鑲嵌制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的：

一、根據(jù)要求設(shè)計金屬零件與非金屬零件的連接形式為螺紋連接；其中金屬零件材料為耐熱鋼，非金屬零件材料為密度為1.7g/cm³的高純石墨；

二、按照步驟一確定的螺紋連接，加工金屬零件和非金屬零件；

三、將步驟二加工的金屬零件和非金屬零件裝配成組合構(gòu)件；

四、將步驟三裝配的組合構(gòu)件刷涂脫模劑，放入石墨胎膜中；然后將石墨胎膜放入模具中；脫模劑為bn；

五、將模具在箱式電阻爐中預(yù)熱至800℃，將浸滲合金預(yù)熱至1100℃，浸滲合金為al、si按質(zhì)量比3:2配制alsi合金，然后將浸滲合金倒入模具中，放石墨壓頭，施加壓力25mpa，保持10min，將浸滲合金滲入組合構(gòu)件中；冷卻，脫模，獲得非金屬復(fù)合材料鑲嵌金屬構(gòu)件，完成耗散放熱復(fù)合材料與金屬材料一體化鑲嵌制備方法。

實施例三：

本實施例耗散放熱復(fù)合材料與金屬材料一體化鑲嵌制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的：

一、根據(jù)要求設(shè)計金屬零件與非金屬零件的連接形式為銷軸連接；其中，金屬零件材料為耐熱鋼，非金屬零件材料為密度為1.7g/cm³的高純石墨；銷為圓形，銷和軸的材質(zhì)為耐熱鋼；

二、按照步驟一確定的銷軸連接，加工金屬零件和非金屬零件；

三、將步驟二加工的金屬零件和非金屬零件裝配成組合構(gòu)件；

四、將步驟三裝配的組合構(gòu)件刷涂脫模劑，放入與組合構(gòu)件外形一致的石墨胎膜中；然后將石墨胎膜放入模具中；脫模劑為bn；

五、將模具在箱式電阻爐中預(yù)熱至650℃，將浸滲合金預(yù)熱至800℃，浸滲合金為al、si按質(zhì)量比4:1配制alsi合金，然后將浸滲合金倒入模具中，放石墨壓頭，施加壓力25mpa，保持10min，將浸滲合金滲入組合構(gòu)件中；冷卻，脫模，獲得非金屬復(fù)合材料鑲嵌金屬構(gòu)件，完成耗散放熱復(fù)合材料與金屬材料一體化鑲嵌制備方法。

本實施例步驟一中連接形式示意圖如圖2所示，其中a代表非金屬零件材料，b代表金屬銷，c代表帶孔金屬軸。

實施例四：

本實施例耗散放熱復(fù)合材料與金屬材料一體化鑲嵌制備方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的：

一、根據(jù)要求設(shè)計金屬零件與非金屬零件的連接形式為銷軸連接；其中，金屬零件材料為耐熱鋼，非金屬零件材料為密度為1.7g/cm³的c/c復(fù)合材料；銷為扁形，銷的材質(zhì)為w合金，軸的材質(zhì)為mo合金；

二、按照步驟一確定的銷軸連接，加工金屬零件和非金屬零件；

三、將步驟二加工的金屬零件和非金屬零件裝配成組合構(gòu)件；

四、將步驟三裝配的組合構(gòu)件刷涂脫模劑，放入與組合構(gòu)件外形一致的石墨胎膜中；然后將石墨胎膜放入模具中；脫模劑為bn；

五、將模具在箱式電阻爐中預(yù)熱至650℃，將浸滲合金預(yù)熱至800℃，浸滲合金為al、si、mg按質(zhì)量比3:1:1配制alsi合金，然后將浸滲合金倒入模具中，放石墨壓頭，施加壓力25mpa，保持10min，將浸滲合金滲入組合構(gòu)件中；冷卻，脫模，獲得非金屬復(fù)合材料鑲嵌金屬構(gòu)件，完成耗散放熱復(fù)合材料與金屬材料一體化鑲嵌制備方法。

本發(fā)明工藝簡單，成本低、能夠綜合考慮復(fù)合材料的防熱性能與連接金屬零件韌性好的優(yōu)勢，金屬零件與非金屬耗散防熱材料連接緊密、可靠，可在很短的加工周期內(nèi)獲得近凈尺寸的結(jié)構(gòu)功能一體化的、具有良好耐燒蝕性能的耗散防熱復(fù)合材料構(gòu)件，并解決了防熱結(jié)構(gòu)件與整體結(jié)構(gòu)的尺寸配合精度問題。