[01119428]多功能多曲面陶瓷基复合材料预成型体混编技术及应用

连续纤维增韧陶瓷基复合材料在航天航空领域占据极其重要地位,是武器装备关键部件结构功能一体化核心材料,兼具承载、烧蚀、透波、防热、隔热、制动及保型等多种功能。增强体骨架的单胞结构、成形工艺及致密化周期决定复合材料耐高温、耐烧蚀、比模量和比强度等综合性能,对预成型体提出了大尺寸、高密度和复杂型面等苛刻要求。当前的预成型体制备技术无法应对上述要求,严重制约陶瓷基复合材料性能进一步提升,亟待突破预成型体多模量、多维度和多曲面制备关键技术。为此,项目组在国家重点研发计划等项目长期支持下,基于异质纤维混编与纤维粉体混编新思想,在纱线设计与改性、Z向增强与加筋、复合效率与质量等方面取得了重大技术突破,成功应用于多个型号产品。主要创新点如下： 1. 发明了异质纤维复合陶瓷粉体立体混编预成型体制备新技术。提出了异质纤维混编预成型体多模量成形新方法,突破了传统预成型体纤维单一、功能单一及适应性差等技术瓶颈;发明了陶瓷粉体在纱线中连续电泳沉积技术,极大提高了预成型体密度,解决了异质纤维热失配引起的复合材料层间开裂和模量失配引起的复合材料图像失真问题,实现了多模量多维度预成型体制造。 2. 发明了大尺寸、复杂曲面Z向连续纤维增强预成型体制备新技术。提出了大尺寸复杂结构预成型体立体编织新方法,攻克了立体编织多向耦合及曲面转换技术,开发了预成型体自适应Z向连续纤维增强和加筋增强技术,突破了预成型体孔、槽、弧、梁纤维连续性差、密度不均匀和Z向强度不足的关键技术瓶颈,实现了大尺寸多曲面预成型体一体化设计和近净尺寸精确控制。 3. 发明了复杂曲面预成型体化学气相沉积陶瓷基体复合环境友好新技术。提出了尾气分级处理新方法,建立了气体运输-反应-回收智能管控体系,突破了化学气相沉积过程气压高、气流紊乱、尾气处理难及危险性高等关键技术瓶颈,实现了复杂曲面预成型体与陶瓷基体的低压高效稳定复合,提高了气体扩散能力和致密化速率,保障了预成型体的多功能和多曲面特性。 成果完成单位密切配合精诚合作,成果实施期间共申请中国发明专利100余项,授权发明专利30余项,发表学术论文30余篇,编制标准及规范5项。建成集结构设计、纤维选型、粉体上纱、近净仿形、质量控制和成品检验于一体的多条预成型体研制生产线,总体居国内领先水平,现年产能达1000多吨,80%为国内航空航天产品,累计销售收入达22亿元人民币。先后成功地为“天宫一号”和“神舟九号”研制了陶瓷基复合材料隔热瓦纤维预成型体、为“高分二号”和“高景一号”卫星研制了陶瓷基复合材料遥感相机全套预成型体、为国产C919民机和J20军机研制了碳/碳和碳/陶复合材料刹车盘预成型体,为多型战术导弹研制了石英纤维天线罩预成型体,为多型战略导弹研制了混编纤维整流罩预成型体,确保了我国系列重大型号任务顺利完成。本成果不断适应新形势迎接新挑战开发新产品,使我国陶瓷基复合材料始终处于国际领先水平,促进我国航天航空技术实现跨越式发展。