机械工程材料

作者：程仁政, 高建军, 董凯, 邓建基, 王梦千, 芦武刚

关键词：SiC_f/SiC复合材料, 预制体, 缠绕成型工艺, 铺层设计

采用缠绕成型工艺在1环向层+1螺旋层、环向层纱宽1.1 mm、螺旋层纱宽0.85 mm、螺旋层缠绕角度±45°、一切点、缠绕张力0～5 N铺层方案下制备SiC纤维（SiCf）/SiC复合材料包壳预制体，根据预制体的壁厚要求（0.45～0.56 mm）、纤维体积分数要求（45%～55％）及表面质量要求确定最优缠绕张力；改变螺旋层纱宽与缠绕角度，计算预制体理论厚度，得到满足壁厚要求的铺层方案并制备预制体，研究了螺旋层缠绕角度和切点数对壁厚、纤维体积分数的影响；预制体进行热解碳、化学气相渗透（CVI）及化学气相沉积（CVD）致密后制成包壳，对比研究了不同铺层方案下所制备包壳的密度、孔隙率、环向和轴向强度，确定了较优的铺层方案。结果表明：最优缠绕张力为3 N，此时预制体表面平整，纱线排布均匀，壁厚为0.5 mm，纤维体积分数为50％；螺旋层缠绕角度越大，包壳表面凸起数量越多，表面质量越差；切点数的增加导致预制体纤维搭接架空增多，对其CVI致密过程有正向作用，所制备包壳的孔隙率降低。满足预制体壁厚要求的铺层方案为1环向层+1螺旋层、环向层纱宽1.1 mm、螺旋层纱宽0.85 mm、缠绕角度±40°、3切点（方案一）以及1环向层+2螺旋层、环向层纱宽1.1 mm、螺旋层纱宽1.35 mm、缠绕角度±35°、3切点（方案二）。铺层方案一下所制包壳的轴向强度及孔隙率未达到指标要求，而铺层方案二下所制包壳的性能满足指标要求，其环向强度为197 MPa，轴向强度为235.2 MPa，孔隙率为6.45％，密度为2.87 g·cm?3。

来源：2025年第9期

《机械工程材料》期刊编辑部

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