非金屬控制舵陶瓷連接樣件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于陶瓷基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非金屬控制舵陶瓷連接樣件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高超音速、高機(jī)動(dòng)和遠(yuǎn)距離精確打擊為主要技術(shù)特征的新一代飛行器的快速發(fā)展和跨越式進(jìn)步，新一代飛行器普遍采用控制效率較高的控制舵進(jìn)行機(jī)動(dòng)變軌，以達(dá)到飛行器的突防或末制導(dǎo)精確打擊的目的。新一代飛行器的飛行馬赫數(shù)高，在大氣層中飛行時(shí)間長(zhǎng)，熱載荷溫度高，氣動(dòng)加熱總量非常大，而且熱能迅速傳遞，目前金屬熱結(jié)構(gòu)控制舵由于受使用溫度的限制，不能滿(mǎn)足新一代飛行器的使用要求。因此為了確?？刂贫娴恼９ぷ鳎枰捎梅墙饘倏刂贫?。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種非金屬控制舵陶瓷連接樣件，不僅耐高溫、且連接可靠性高，滿(mǎn)足新一代飛行器的使用要求;本發(fā)明同時(shí)提供了非金屬控制舵陶瓷連接樣件的制備方法，科學(xué)合理、簡(jiǎn)單易行。
[0004]本發(fā)明所述的非金屬控制舵陶瓷連接樣件是由舵軸、舵芯、舵套和底板組成，舵芯裝配在舵套內(nèi)部，通過(guò)底板實(shí)現(xiàn)舵套的密封，然后舵軸插入底板和舵芯進(jìn)行連接，舵芯、舵軸、舵套與底板之間通過(guò)陶瓷焊料連接。
[0005 ]所述的舵芯和舵軸采用氮化硅(S i 3N4)陶瓷制備。
[0006]所述的舵套和底板采用碳纖維增強(qiáng)碳化硅(Cf/SiC)復(fù)合材料制備。
[0007]本發(fā)明所述的非金屬控制舵陶瓷連接樣件的制備方法，步驟如下:
[0008](I)通過(guò)原料粉體噴霧造粒、等靜壓成型、氣壓燒結(jié)工藝制備氮化硅舵芯、舵軸；
[0009](2)通過(guò)熱解碳界面層、化學(xué)氣相沉積工藝和液相裂解浸漬工藝制備碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料舵套、底板；
[0010](3)采用氧氮玻璃陶瓷進(jìn)行耐高溫復(fù)合陶瓷焊料的制備；
[0011 ] (4)對(duì)舵套、舵芯、底板以及舵軸的連接處進(jìn)行連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)連接面的緊密連接；
[0012](5)連接過(guò)程首先采用焊料進(jìn)行舵芯和舵套的連接，以及底板和舵軸的連接，最終進(jìn)行舵軸和舵芯的連接。
[0013]步驟(I)中所述的舵芯首先進(jìn)行修坯處理，然后進(jìn)行熱處理。
[0014]步驟(2)中所述的舵套和底板是用碳纖維預(yù)制體通過(guò)仿形編織的方式采用針刺工藝制備。
[0015]步驟(4)中所述的舵軸與舵芯側(cè)面連接處的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為六邊形。
[0016]步驟(4)中所述的舵軸與舵芯底部邊緣連接處的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為圓角。
[0017]本發(fā)明的非金屬控制舵陶瓷連接樣件的制備工藝是通過(guò)非金屬控制舵陶瓷組件的制備、耐高溫復(fù)合陶瓷焊料的制備以及非金屬控制舵陶瓷組件的連接工藝實(shí)現(xiàn)的。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0019]本發(fā)明公開(kāi)的非金屬控制舵陶瓷連接樣件，可在1200°C以上長(zhǎng)時(shí)間使用，Si3N4陶瓷與Si3N4陶瓷連接接頭高溫(1200°C)下彎曲強(qiáng)度大于100MPa，Si3N4陶瓷與Cf/SiC復(fù)合材料連接接頭高溫(1200°C)下彎曲強(qiáng)度大于40MPa。
[0020]本發(fā)明公開(kāi)的非金屬控制舵陶瓷連接樣件及其制備方法，不僅解決了金屬控制舵使用溫度受到限制的問(wèn)題，同時(shí)采用陶瓷焊接方式連接，滿(mǎn)足高速飛行可靠性的要求，為高超音速飛行器提供可靠的非金屬控制舵陶瓷連接樣件。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖中:1、舵套;2、舵芯;3、底板;4、舵軸。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0024]實(shí)施例1
[0025]通過(guò)原料粉體噴霧造粒-等靜壓成型-氣壓燒結(jié)工藝制備氮化硅，其中舵芯等靜壓成型后通過(guò)陶瓷修坯工裝進(jìn)行修坯處理，最終氣壓燒結(jié)完成后氮化硅陶瓷的密度為3.2g/cm3，彎曲強(qiáng)度為680MPa，按照尺寸要求進(jìn)行精密加工舵芯、舵軸；
[0026]采用碳纖維通過(guò)針刺工藝制備仿形碳纖維預(yù)制體，然后通過(guò)熱解碳界面層、化學(xué)氣相沉積工藝和液相裂解浸漬工藝制備碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料坯體，材料密度為
2.2g/cm3，彎曲強(qiáng)度為230MPa，拉伸強(qiáng)度為130MPa，然后按照尺寸要求精密加工成舵套、底板；
[0027]上述加工過(guò)程中，將舵軸、舵芯側(cè)面連接處按照六邊形加工，舵軸與舵芯底部邊緣連接處加工為圓角；
[0028]選用氧氮玻璃陶瓷材料制備連接用耐高溫復(fù)合陶瓷焊料；
[0029]連接過(guò)程首先將焊料鋪設(shè)在舵芯和舵套連接面以及底板和舵軸的連接面，舵芯和舵套以及底板和舵軸連接完成后，再進(jìn)行舵軸和舵芯的連接；
[0030]連接完成后得到非金屬控制舵陶瓷連接樣件。本實(shí)施例的非金屬控制舵陶瓷連接樣件，可在1200 °C以上長(zhǎng)時(shí)間使用，Si3N4陶瓷與Si3N4陶瓷連接接頭高溫(1200 °C)下彎曲強(qiáng)度為120MPa，Si3N4陶瓷與Cf/SiC復(fù)合材料連接接頭高溫(1200 °C)下彎曲強(qiáng)度為42MPa。
[0031]實(shí)施例2
[0032]通過(guò)原料粉體噴霧造粒-等靜壓成型-氣壓燒結(jié)工藝制備氮化硅，其中舵芯等靜壓成型后通過(guò)陶瓷修坯工裝進(jìn)行修坯處理，最終氣壓燒結(jié)完成后氮化硅陶瓷的密度為3.25g/cm3，彎曲強(qiáng)度為7 1MPa，按照尺寸要求進(jìn)行精密加工舵芯、舵軸；
[0033]采用碳纖維通過(guò)針刺工藝制備仿形碳纖維預(yù)制體，然后通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝和液相裂解浸漬工藝制備碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料坯體，材料密度為2.3g/cm3，彎曲強(qiáng)度為240MPa，拉伸強(qiáng)度為120MPa，然后按照尺寸要求精密加工成舵套、底板；
[0034]上述加工過(guò)程中，將舵軸、舵芯側(cè)面連接處按照六邊形加工，舵軸與舵芯底部邊緣連接處加工為圓角；
[0035]采用氧氮玻璃陶瓷材料連接用耐高溫復(fù)合陶瓷焊料；
[0036]連接過(guò)程首先將焊料鋪設(shè)在舵芯和舵套連接面以及底板和舵軸的連接面，舵芯和舵套以及底板和舵軸連接完成后，再進(jìn)行舵軸和舵芯的連接；
[0037]連接完成后得到非金屬控制舵陶瓷連接樣件。本實(shí)施例的非金屬控制舵陶瓷連接樣件，可在1200 °C以上長(zhǎng)時(shí)間使用，Si3N4陶瓷與Si3N4陶瓷連接接頭高溫(1200 °C)下彎曲強(qiáng)度為130MPa，Si3N4陶瓷與Cf/SiC復(fù)合材料連接接頭高溫(1200 °C)下彎曲強(qiáng)度為45MPa。
[0038]實(shí)施例3
[0039]通過(guò)原料粉體噴霧造粒-等靜壓成型-氣壓燒結(jié)工藝制備氮化硅，其中舵芯等靜壓成型后通過(guò)陶瓷修坯工裝進(jìn)行修坯處理，最終氣壓燒結(jié)完成后氮化硅陶瓷的密度為3.27g/cm3，彎曲強(qiáng)度為680MPa，按照尺寸要求進(jìn)行精密加工舵芯、舵軸；
[0040]采用碳纖維通過(guò)針刺工藝制備仿形碳纖維預(yù)制體，然后通過(guò)熱解碳界面層、化學(xué)氣相沉積工藝和液相裂解浸漬工藝制備碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料坯體，材料密度為
2.25g/cm3，彎曲強(qiáng)度為245MPa，拉伸強(qiáng)度為135MPa，然后按照尺寸要求精密加工成舵套、底板；
[0041 ]上述加工過(guò)程中，將舵軸、舵芯側(cè)面連接處按照六邊形加工，舵軸與舵芯底部邊緣連接處加工為圓角；
[0042]選用氧氮玻璃陶瓷材料制備連接用耐高溫復(fù)合陶瓷焊料；
[0043]連接過(guò)程首先將焊料鋪設(shè)在舵芯和舵套連接面以及底板和舵軸的連接面，舵芯和舵套以及底板和舵軸連接完成后，再進(jìn)行舵軸和舵芯的連接；
[0044]連接完成后得到非金屬控制舵陶瓷連接樣件。本實(shí)施例的非金屬控制舵陶瓷連接樣件，可在1200 °C以上長(zhǎng)時(shí)間使用，Si3N4陶瓷與Si3N4陶瓷連接接頭高溫(1200 °C)下彎曲強(qiáng)度為128MPa，Si3N4陶瓷與Cf/SiC復(fù)合材料連接接頭高溫(1200 °C)下彎曲強(qiáng)度為48MPa。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種非金屬控制舵陶瓷連接樣件，其特征在于由舵軸、舵芯、舵套和底板組成，舵芯裝配在舵套內(nèi)部，通過(guò)底板實(shí)現(xiàn)舵套的密封，然后舵軸插入底板和舵芯進(jìn)行連接，舵芯、舵軸、舵套與底板之間通過(guò)陶瓷焊料連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非金屬控制舵陶瓷連接樣件，其特征在于所述的舵芯和舵軸米用氣化娃陶瓷制備。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非金屬控制舵陶瓷連接樣件，其特征在于所述的舵套和底板采用碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料制備。4.一種權(quán)利要求1-3任一所述的非金屬控制舵陶瓷連接樣件的制備方法，其特征在于步驟如下: (1)通過(guò)原料粉體噴霧造粒、等靜壓成型、氣壓燒結(jié)工藝制備氮化硅舵芯、舵軸； (2)通過(guò)熱解碳界面層、化學(xué)氣相沉積工藝和液相裂解浸漬工藝制備碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料舵套、底板； (3)采用氧氮玻璃陶瓷進(jìn)行耐高溫復(fù)合陶瓷焊料的制備； (4)對(duì)舵套、舵芯、底板以及舵軸的連接處進(jìn)行連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)連接面的緊密連接； (5)連接過(guò)程首先采用焊料進(jìn)行舵芯和舵套的連接，以及底板和舵軸的連接，最終進(jìn)行舵軸和舵芯的連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非金屬控制舵陶瓷連接樣件的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的舵芯首先進(jìn)行修坯處理，然后進(jìn)行熱處理。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非金屬控制舵陶瓷連接樣件的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的舵套和底板是用碳纖維預(yù)制體通過(guò)仿形編織的方式采用針刺工藝制備。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非金屬控制舵陶瓷連接樣件的制備方法，其特征在于步驟(4)中所述的舵軸與舵芯側(cè)面連接處的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為六邊形。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非金屬控制舵陶瓷連接樣件的制備方法，其特征在于步驟(4)中所述的舵軸與舵芯底部邊緣連接處的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為圓角。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于陶瓷基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非金屬控制舵陶瓷連接樣件及其制備方法。非金屬控制舵陶瓷連接樣件是由舵軸、舵芯、舵套和底板組成，舵芯裝配在舵套內(nèi)部，通過(guò)底板實(shí)現(xiàn)舵套的密封，然后舵軸插入底板和舵芯進(jìn)行連接，舵芯、舵軸、舵套與底板之間通過(guò)陶瓷焊料連接。本發(fā)明不僅解決了金屬控制舵使用溫度受到限制的問(wèn)題，同時(shí)采用陶瓷焊接方式連接，滿(mǎn)足高速飛行可靠性的要求，為高超音速飛行器提供可靠的非金屬控制舵陶瓷連接樣件。
【IPC分類(lèi)】B64C9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105620725
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610060069
【發(fā)明人】李伶, 韋其紅, 王洪升, 王重海, 劉建, 王艷艷, 王營(yíng)營(yíng)
【申請(qǐng)人】山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院有限公司
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年1月29日