一种碳碳复合埚邦预制体及其制备方法与流程

本申请涉及埚邦预制体，具体涉及一种碳碳复合埚邦预制体及其制备方法。

背景技术：

1、碳碳复合材料因其优异的高温性能、力学性能和热学性能，在航空航天、冶金、化工等领域得到广泛应用。埚邦作为坩埚的重要组成部分，其性能直接影响到坩埚的使用寿命和效果。

2、传统的碳碳埚邦预制体生产方式是使用碳纤维丝分别纺织成碳布、网胎再通过针刺、绕丝的方式增强内部结构，从而编织形成预制体；但是在上述碳纤维丝织布的过程中，由于碳丝会出现经纬交替的情况，机械设备在生产过程中会对碳丝强度造成损伤，使得t700级别的碳丝经过织布加工后，碳丝强度会由原来的4900mpa多降至3500mpa左右，而强度较低的碳丝再经过针刺以后，强度会降至更低，进而对邦预制体的内部结构、整体力学强度及后期使用寿命造成很大影响。

3、因此，需要提供一种碳碳复合埚邦预制体的制备方法，来减少对碳丝的损伤，改善碳碳复合埚邦预制体的内部结构与整体力学强度，从而提高碳碳复合埚邦预制体的使用性能、延长使用寿命。

技术实现思路

1、为了减少碳丝损伤，改善碳碳复合埚邦预制体的内部结构、提高整体力学强度，本申请提供一种碳碳复合埚邦预制体及其制备方法。

2、本申请提供的碳碳纤维复合埚邦预制体的制备方法，采用如下的技术方案：

3、一种碳碳纤维复合埚邦预制体的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、竖向绕丝：按照碳碳复合埚邦预制体的预设尺寸设置模具并布置上下铁钉，使用碳丝在上下铁钉之间进行竖向连接，形成竖向纤维层；竖向绕丝密度为18.5-22.5根/10cm；

5、s2、网胎铺设与针刺：在竖向纤维层表面铺设网胎，然后进行针刺；

6、s3、环向绕丝：使用碳丝在s2针刺后的网胎表面进行环向绕丝，形成环向纤维层；环向绕丝密度为18.5-22.5根/10cm；

7、s4、网胎铺设与针刺：在环向纤维层表面铺设网胎，然后进行针刺；

8、s5、网格绕丝：将碳丝从模具直段的端部斜拉旋转至模具底部，在底部平台横拉旋转后向直段的端部斜拉回去，重复操作，实现网格绕丝；

9、s6、s1～s5形成一个单元层，继续重复上述s1～s5 4次，直至第5个单元层完成；

10、s7、接着重复进行弧段补厚和单元层铺设，直至达到所需厚度，获得碳碳复合埚邦预制体。

11、在一个具体的实施方案中，所述竖向绕丝密度和环向绕丝密度还可以为18.5根/10cm或22.5根/10cm。

12、可选地，步骤s5中，碳丝从模具直段的端部斜拉旋转至模具底部的旋转角度为135°±10°，横拉旋转后向直段的端部斜拉回去的旋转角度为35°±10°。

13、可选地，所述s2与s4步骤中，网胎与竖向纤维层或环向纤维层的重量比为1：(5-7)。

14、可选地，所述s2与s4步骤中，网胎与竖向纤维层或环向纤维层的重量比为1：(5.5-6.5)。

15、在一些实施方案中，所述网胎与竖向纤维层或环向纤维层的重量比可以为1：(5-5.5)、1：(5-6)、1：(5-6.5)、1：(5-7)、1：(5.5-6)、1：(5.5-6.5)、1：(5.5-7)、1：(6-6.5)、1：(6-7)或1：(6.5-7)。

16、在一个具体的实施方案中，所述网胎与竖向纤维层或环向纤维层的重量比还可以为1：5、1：5.5、1：6、1：6.5或1：7。

17、可选地，所述s5步骤中，网格绕丝的碳丝间距为25-40mm。

18、在一些实施方案中，所述网格绕丝的碳丝间距可以为25-30mm、25-35mm、25-40mm、25-45mm、30-35mm、30-40mm、30-45mm、35-40mm、35-45mm或40-45mm。

19、可选地，所述网格绕丝的碳丝间距还可以为25mm、30mm、35mm、40mm或45mm。

20、可选地，所述所述弧段补厚的具体步骤为：将碳纤维丝裁剪成符合弧段r角处周长长度的丝束，将裁剪好的丝束平整铺设在r角处，并使用网胎进行固定；在r角处铺设丝束表面铺设一层网胎然后进行针刺。

21、可选地，所述针刺采用5mm针距的布针方式，针刺的厚度为15-16cm。

22、第二方面，本申请提供一种碳碳复合埚邦预制体。

23、一种碳碳复合埚邦预制体，采用上述碳碳复合埚邦预制体的制备方法制备而成。

24、可选地，所述碳碳复合埚邦预制体的外径为993±2cm，内径为941±2cm，总长度为649±2cm，直段长度为549±2cm。

25、综上所述，本申请具有以下有益效果：

26、1.本申请提供一种碳碳复合埚邦预制体的制备方法，该制备方法包括竖向绕丝、网胎铺设与针刺、环向绕丝、网胎铺设与针刺、网格绕丝及弧段补厚等步骤，利用上述方法制备碳碳复合埚邦预制体，能够效减少加工过程对碳丝的损伤，改善碳碳复合埚邦预制体的内部缺陷与结构完整性，从而获得一种整体力学强度优异的碳碳复合埚邦预制体。

27、2.本申请获得的碳碳复合埚邦预制体的体积密度为0.45-0.48g/cm3，x方向的拉伸强度为5.28-6.21mpa，y方向的拉伸强度为5.61-6.51mpa，z方向的拉伸强度为2.25-2.43mpa。

28、3.本申请进一步将网胎与竖向纤维层或环向纤维层的重量比控制在1：(5.5-6.5)范围内，网格绕丝的碳丝间距控制在25-40mm范围内，获得的碳碳复合埚邦预制体更加均匀，整体力学强度更高，其体积密度为0.46-0.48g/cm3，x方向的拉伸强度为5.28-6.21mpa，y方向的拉伸强度为5.61-6.51mpa，z方向的拉伸强度为2.25-2.43mpa。

技术特征：

1.一种碳碳复合埚邦预制体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的碳碳复合埚邦预制体的制备方法，其特征在于，所述s2与s4步骤中，网胎与竖向纤维层或环向纤维层的重量比为1：（5-7）。

3.根据权利要求1所述的碳碳复合埚邦预制体的制备方法，其特征在于，所述s2与s4步骤中，网胎与竖向纤维层或环向纤维层的重量比为1：（5.5-6.5）。

4.根据权利要求1所述的碳碳复合埚邦预制体的制备方法，其特征在于，所述s5步骤中，网格绕丝的碳丝间距为25-40mm。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的碳碳复合埚邦预制体的制备方法，其特征在于，所述弧段补厚的具体步骤为：将碳纤维丝裁剪成符合弧段r角处周长长度的丝束，将裁剪好的丝束平整铺设在r角处，并使用网胎进行固定；在r角处铺设丝束表面铺设一层网胎然后进行针刺。

6.根据权利要求1所述的碳碳复合埚邦预制体的制备方法，其特征在于，所述针刺采用5mm针距的布针方式，针刺的厚度为15-16cm。

7.一种利用权利要求1-6中任一项所述的碳碳复合埚邦预制体的制备方法制得的碳碳复合埚邦预制体。

8.根据权利要求7所述的碳碳复合埚邦预制体，其特征在于，所述碳碳复合埚邦预制体外径为993±2cm，内径为941±2cm，总长度为649±2cm，直段长度为549±2cm。

技术总结本申请涉及埚邦预制体技术领域，具体公开了一种碳碳复合埚邦预制体及其制备方法。本申请提供的碳碳复合埚邦预制体的制备方法，包括以下步骤：S1竖向绕丝、S2网胎铺设与针刺、S3环向绕丝、S4网胎铺设与针刺、S5网格绕丝；其中，S1竖向绕丝的步骤为：按照碳碳复合埚邦预制体的预设尺寸设置模具并布置上下铁钉，使用碳丝在上下铁钉之间进行竖向连接，形成竖向纤维层；S3环向绕丝的步骤为：使用碳丝在S2针刺后的网胎表面进行环向绕丝，形成环向纤维层；竖向绕丝与环向绕丝的密度均为18.5‑22.5根/10cm。本申请提供的碳碳复合埚邦预制体的制备方法能够减少对碳丝的损伤，提高碳碳复合埚邦预制体的力学强度。技术研发人员：吴佩芳,夏菲,啜艳明,程骋,张德铭受保护的技术使用者：江油天启光峰新材料技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4