复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料及其制造方法

摘要

本发明公开了一种复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料及其制造方法。通过化学气相浸渗法(CVI)，将纤维束筋与纤维编织成预制体或者单独使用纤维束筋，制成纤维增强陶瓷基复合材料粗胚，然后通过对粗胚进行磨削或者钻孔的方法，解除纤维筋自身的端部锚固，给陶瓷基体施加预压应力。随后进行1500℃～1600℃负压高温熔融浸硅填充外管与芯棒的间隙，使芯棒参与受力，最后制成成品。本发明利用纤维束筋布筋的灵活性和简便性，按主拉应力迹线进行布筋，更好地改善结构陶瓷的受力性能，增加陶瓷复合材料的韧性和强度，解决了连续纤维增强陶瓷基复合材料基体过早开裂的问题。本发明中的纤维束筋突出特点是其适用于多种陶瓷制备工艺。

权利要求

1.一种复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料，其特征是：采用如下方法制成：由纤维束筋与纤维编织或者针刺成预制体或者单独使用纤维束筋编织成预制体，预制体的编织时使纤维束筋的至少其中的一端处在便于切削和预应力释放的位置，通过CVI法，制成陶瓷基复合材料粗胚，然后通过对陶瓷基复合材料粗胚进行磨削或者钻孔的方法，解除纤维束筋自身的端部锚固，纤维束筋与基体的界面粘结作用给陶瓷基体施加预压应力；随后进行1500℃～1600℃负压高温熔融浸硅填充外管与芯棒的间隙，或者采用可碳化的热固性树脂填充外管与芯棒的间隙，使芯棒参与受力，最后制成成品；或者将芯棒取出，再采用化学气相沉积法或者负压高温熔融浸硅堵孔，然后成型；所述的纤维束筋采用下述方法制造：第一步，制造芯棒，芯棒采用拉挤成型生产工艺，纤维采用在2000℃碳化处理的PAN基碳纤维，或采用沥青系或者纤维素系碳纤维，胶槽中的成型介质前体物质采用酚醛树脂和乙醇按1:1的重量比混合溶液，或采用聚醚醚酮高残碳率的聚合物，或者采用聚碳硅烷（PCS）溶液，或采用聚乙烯醇和温水按1:5的重量比混合而成的溶液，纤维在模具中固化成型，然后在真空中，1500～2100℃下加热l小时高温石墨化处理；

第二步，纤维束筋前体通过拉挤成型生产工艺，纤维采用在1500℃碳化处理的PAN基碳纤维，胶槽中的成型介质前体物质采用酚醛树脂和乙醇按1:1的重量比混合溶液，首先在芯棒成品上缠绕聚四氟乙烯薄膜，然后环向通过缠绕轮缠绕纤维，另一组浸透胶液的纤维经预成型板同芯棒进入模具固化成型，制成纤维筋前体，而纤维进入模具的方式是编织、缠绕方式进入；在纤维筋前体的两端处缠绕纤维，形成端头增大，便于后续外管的张拉；然后将成型材在真空中，先加热至300℃加热使酚醛树脂初步碳化，然后在1000℃～1500℃下加热l小时，使酚醛树脂进一步碳化，在加热到400℃以上温度过程中，聚四氟乙烯薄膜逐渐裂解消失，从而外管成型，并且与其内的芯棒存在间隙；

第三步，通过对纤维束筋前体外管张拉进入，用锚固环夹住外管端部，张拉外管，即外管伸长，然后保持外管的张拉应力，并在外管管口与芯棒顶面之间充填粘结剂，高温固化粘结剂，然后松开外管的张拉，该纤维束筋端部锚固用粘结剂采用酚醛树脂/碳化硼热固化粘结剂，或者采用可碳化的热固性树脂，在300℃～1000℃加热固化，然后松开张拉制成纤维束筋。

2.制造权利要求1所述的复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料的方法，其特征是：将纤维束筋与纤维编织或者针刺成预制体或者单独使用纤维束筋编织成预制体，预制体的编织时使纤维束筋的至少其中的一端处在便于切削和预应力释放的位置，纤维束筋的体积分数在复合材料的所需预应力计算定出，纤维束筋的体积分数范围在3～60%，将上述预制体放入CVI／沉积炉中，制造SiC基复合材料，沉积温度为1000℃～1100℃，真空度保持在50～500Pa，原料气体的气体流量为180～220L/min，保护气体采用Ar气，流量取

180～220L/min，第一次沉积时间为8～12天，达到时间取出并打磨构件表面，打开其孔隙继续第二次沉积，8～12天后取出，完成陶瓷基复合材料粗胚制造工序；然后对陶瓷基复合材料粗胚进行预应力释放式加工工序，如果芯棒不需取出，这一工序从第一次沉积完后开始，完成预应力释放式加工工序后对按理论所需Si量的1.2～1.5倍添加Si微粉，其粉粒度为10～100μm，将Si粉与陶瓷基复合材料粗胚置于石墨坩埚内使磨削线面与Si接触，将石墨坩埚置于温度为1500℃～1600℃负压高温炉内进行熔融浸硅进行填充外管(3)和芯棒(4)的间隙，或在充入Ar气的100Pa的微正压高温炉内熔硅浸渗，保温1.5～2.5小时，或者在纤维束筋的外管(3)和芯棒(4)的间隙加入碳的前驱体物质高温裂解填充间隙，或者将芯棒取出，再采用化学气相沉积法或者负压高温熔融浸硅堵孔，随后将得到C/SiC复合材料进行机械加工，最后得到成品。

3.根据权利要求2所述的制造复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料的方法，其特征是：对于以SiC为基体CVI用的原料气体为CH3SiCl3+H2。

4.根据权利要求2或3所述的制造复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料的方法，其特征是：所述的预应力释放式加工工序是指沿陶瓷基复合材料粗胚的磨削线进行磨削，磨除纤维束筋的切削区，释放纤维束筋的预应力，或对陶瓷基复合材料粗胚采取钻孔法释放预应力。

5.根据权利要求2或3所述的制造复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料的方法，其特征是：所述的纤维束筋采用下述方法制造：

第一步，制造芯棒，芯棒采用拉挤成型生产工艺，纤维采用在2000℃碳化处理的PAN基碳纤维，或采用沥青系或者纤维素系碳纤维，胶槽中的成型介质前体物质采用酚醛树脂和乙醇按1:1的重量比混合溶液，或采用聚醚醚酮高残碳率的聚合物，或者采用聚碳硅烷（PCS）溶液，或采用聚乙烯醇和温水按1:5的重量比混合而成的溶液，纤维在模具中固化成型，然后在真空中，1500～2100℃下加热l小时高温石墨化处理；

第二步，纤维束筋前体通过拉挤成型生产工艺，纤维采用在1500℃碳化处理的PAN基碳纤维，胶槽中的成型介质前体物质采用酚醛树脂和乙醇按1:1的重量比混合溶液，首先在芯棒成品上缠绕聚四氟乙烯薄膜，然后环向通过缠绕轮缠绕纤维，另一组浸透胶液的纤维经预成型板同芯棒进入模具固化成型，制成纤维筋前体，而纤维进入模具的方式是编织、缠绕方式进入；如有必要在纤维筋前体的两端处缠绕纤维，形成端头增大，便于后续外管的张拉；然后将成型材在真空中，先加热至300℃加热使酚醛树脂初步碳化，然后在1000℃～

1500℃下加热l小时，使酚醛树脂进一步碳化，在加热到400℃以上温度过程中，聚四氟乙烯薄膜逐渐裂解消失，从而外管成型，并且与其内的芯棒存在间隙；

第三步，通过对纤维束筋前体外管张拉进入，用锚固环夹住外管端部，张拉外管，即外管伸长，然后保持外管的张拉应力，并在外管管口与芯棒顶面之间充填粘结剂，高温固化粘结剂，然后松开外管的张拉，该纤维束筋端部锚固用粘结剂采用酚醛树脂(PF)/碳化硼(B4C)热固化粘结剂，或者采用可碳化的热固性树脂，在300℃～1000℃加热固化，然后松开张拉制成纤维束筋。

6.根据权利要求5所述的制造复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料的方法，其特征是：上述第二步中，在薄膜里预先加入石墨微粉作为润滑剂。

7.根据权利要求5所述的制造复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料的方法，其特征是：上述第二步中，为了防止外管的碳化后空隙过大过多以及防止后续CVI法的气体进入外管与芯棒的间隙，在胶槽中加入SiC微粉，减少碳化过程的收缩和空隙。

8.根据权利要求5所述的制造复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料的方法，其特征是：上述第二步中，在外管的外表面涂酚醛树脂或者其它热固性树脂并碳化，重复此过程，防止后续CVI法的气体进入外管与芯棒的间隙。

说明书

复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料，本发明还涉及该复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料的制造方法，通过复合结构预存应力筋自身的锚固解除，给陶瓷基体提供预应力。

背景技术

[0002] 陶瓷材料正是由于它的耐高温、抗氧化、高耐磨、硬度大、耐腐蚀、抗压强度高等众多优异性能，使得陶瓷在当今世界里可谓是无处不在，其在航空航天、机械、电子、能源等军事、民用行业都有它不可替代的贡献和作用，然而，陶瓷的致命弱点就是脆性很大，抗拉强度非常低，其对裂纹、气孔、杂质等缺陷特别敏感，大大限制了它在众多领域的应用。因此广大专家学者前仆后继、不懈努力地去研究改善陶瓷的脆性、提高其抗拉强度、增加其使用的可靠性延长其服役期限，比如通过控制陶瓷的晶粒大小、应用相变机理改善其韧性，还有在陶瓷基体加入晶须、增强颗粒等物增韧，但增韧效果不佳，增韧后的陶瓷基复合材料断裂韧/2度KIC一般不超过12MPam1 而采用高强度、高韧性的纤维增强陶瓷基复合材料的断裂韧度
1/2 1/2
KIC在20MPam 左右，有些连续纤维增韧的陶瓷复合材料的断裂韧度KIC可超过30MPam ，【1】
因此其断裂韧度和比例极限应力相比前面所述的增韧途径来说确实有了很大的提高 。虽然像连续纤维作为增强体在目前看来增韧效果最好，但还是解决不了其所增强的陶瓷基过早开裂这一问题。

[0003] 当该材料构件受力时，随着荷载增加，陶瓷基体首先开裂，此时纤维增强体的应力很小，其还远没达到自己的强度，而对那些弹性模量不够高的纤维增强体更加明显了。陶瓷基体开裂后严重影响构件的耐久性、安全性，因此其后的受力性能受到很大的影响。由于陶瓷其本质上的脆性还是很大地限制了该种增韧途径的增韧效果，就是使用相当高弹性模量的增强纤维，也是很难改变此种劣势。因此我们如何改变这种劣势？可不可以利用预应力法？

[0004] 在连续纤维增韧的陶瓷复合材料增韧机理中，增强体引入的目的就是发挥其优越的抗拉性能，在构件中承受主要的拉应力，为了防止基体过早开裂，为何不在复合材料构件采用预应力效应，预先使陶瓷基体受到压缩应力，即在复合材料成型过程中让增强体给陶瓷基体预压，当陶瓷基体受到张力时，必须先超过预加的压缩应力，从而增加了陶瓷基体受张力而开裂的应变量。这样利用了陶瓷超大的抗压强度，弥补陶瓷基体的脆性，很好的增加复合材料构件的韧性、整体性、耐久性。

[0005] 文献【2】显示，在对纤维增强体或者增韧陶瓷的设计当中，增强体与基体两者除了化学上要具有相容性，在物理上也要相容。在物理相容性方面有弹性模量和线胀系数，增强体与基体的弹性模量要匹配，尽量使增强体的弹模大于基体的弹模，其目的就是多让增强体受力。而对于线胀系数方面，增强体的线胀系数要大于陶瓷基体的线胀系数，其目的就是在复合材料成型温度以下时，增强体可给基体带来预压应力，这样有利于所选择的整个复合材料的性能。由材料线胀系数差获得的预应力的方法，在这里暂且称其为线胀系数差法。因此复合材料温度越低，增强体对陶瓷基体的预应力就越大。目前连续纤维增强陶瓷基复-6 -1
合材料主要采用碳纤维，碳纤维的线胀系数一般小于1.1×10 K 以下，而陶瓷的线胀系数-6 -1
大于2.0×10 K ，该复合材料的成形温度一般超过1000℃，这就意味着两者在成形温度下复合后，当复合材料温度低于此温度时，碳纤维就会给陶瓷基体施加拉应力，只要温度降到一定程度后，线胀系数差造成的温度应力超过陶瓷基体的极限抗拉应力，该复合材料就会开裂，导致材料的可靠性等一系列的性能降低。比如日本东丽公司T300碳纤维，其轴线线-6 -1 【3】
胀系数为1×10 K ，强度为3.53GPa，弹性模量为230GPa 。复合材料中陶瓷基体与碳纤维的体积分数为1∶1，假设陶瓷的线胀系数为0，当复合材料的温度下降1000℃，就是受压的陶瓷基体不受压变形，其温度应力约为230MPa，只有其强度的6.5％左右，因此由线胀系数差法给陶瓷基体施加的预压力过小，更何况陶瓷基体的线胀系数都大于0，这样预压应力就更小了。再者，用线胀系数差来提供预应力，这种途径很难控制，更何况当温度接近复合材料成型温度时，其预应力就会慢慢消失，预应力增韧或者增加强度效果随之消失。当温度超过复合材料成型温度时，增强体就会让陶瓷基体出现拉应力，加速基体的开裂，导致复合材料性能下降。

[0006] 给陶瓷材料增韧和增强的其它预应力法有：1、预加应力，即人为地在材料表面制造一层压应力层，在该材料使用过程中，陶瓷材料表面受到拉伸破坏之前，首先必须克服表面上的残余压应力，如钢化玻璃采用此法增韧，即通过一定加热、冷却制度在表面人为地引入残余压应力增韧，但此法增韧效果有限；2、化学强化，如离子置换法，在基体升温时，将材料中的小离子替换成大离子，当材料冷却后，则大离子受到挤压，给材料提供预压力，但此【4】法中的残预应力大小很难被控制 ；3、陶瓷/金属复合，其预应力约束陶瓷材料的方法有金【5】 【6】
属热喷涂沉积法 、金属熔覆法 等，将金属包覆陶瓷，利用金属的线胀系数大于陶瓷的线【7】
胀系数及其金属的优良的抗拉和韧性，给陶瓷提供预压应力 。金属包覆陶瓷之法虽然比较容易对陶瓷施加约束应力，但是其约束应力的水平很难得以控制。而金属又无法承受高温环境。

[0007] 又如在预应力混凝土应用的方法-先张法，在纤维增强陶瓷基复合材料成型之前，预先对纤维进行张拉，然后筑构与纤维结合的陶瓷基体，待陶瓷基体固化后，撤销对纤维的张拉，进而纤维回缩给陶瓷基体予以压缩应力。但实现此法并不容易，又何况在高温成型的环境里。

[0008] 然而，不管使用上述何种方法都很难根据控制材料所需求的预应力值水平，无法满足陶瓷材料受力的需求。

[0009] 随着材料科技的发展和工艺的改进，纤维材料强度和弹性模量越来越高，如日本东丽公司生产出来的PAN基碳纤维抗拉强度已达8GPa以上，Hercules公司生产出来的牌【3】号为MagnamiteIM7的PAN-CF碳纤维，其抗压强度已达到8.8GPa 。因此如此高强度的增强体与陶瓷复合，如果复合材料中的纤维和基体处在应力低或者无应力状态，那么陶瓷基体在开裂前，这些超高强度的纤维在抗裂方面基本上没起到作用，从而由于陶瓷基体开裂严重影响构件的安全性、可靠性、耐久性，还造成纤维强度的非常大的过剩。因此即使超高模量的纤维也不能解决此种棘手问题，更何况弹性模量越高，复合材料的韧性越差，对陶瓷的脆性这一问题还是没有解决。

发明内容

[0010] 本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种基体从受力到破坏的应变量大，基体裂缝的出现大大推迟，材料的韧性、整体性、可靠性增加的复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料。

[0011] 本所要解决的第二个技术问题是提供一种制造该复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料的方法。

[0012] 为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料，采用如下方法制成：由纤维束筋与纤维编织或者针刺成预制体或者单独使用纤维束筋编织成预制体，预制体的编织时使纤维束筋的至少其中的一端处在便于切削和预应力释放的位置，通过化学气相浸渗法(CVI)，制成陶瓷基复合材料粗胚，或采用先驱体转化工艺、热压烧结工艺、化学气相浸渗法，或者这三种工艺联合使用，然后通过对陶瓷基复合材料粗胚进行磨削或者钻孔的方法，解除纤维束筋自身的端部锚固，纤维束筋与基体的界面粘结作用给陶瓷基体施加预压应力；随后进行1500℃～1600℃负压高温熔融浸硅填充外管与芯棒的间隙，或者采用可碳化的热固性树脂填充外管与芯棒的间隙，使芯棒参与受力，最后制成成品；或者将芯棒取出，再采用化学气相沉积法或者负压高温熔融浸硅堵孔，然后成型。

[0013] 为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的制造复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料的方法，将纤维束筋与纤维编织或者针刺成预制体或者单独使用纤维束筋编织成预制体，预制体的编织时使纤维束筋的至少其中的一端处在便于切削和预应力释放的位置，纤维束筋的体积分数在复合材料的所需预应力计算定出，纤维束筋的体积分数范围在3～60％，将上述预制体放入化学气相浸渗/沉积炉中，制造SiC基复合材料，沉积温度为
1000℃～1100℃，真空度保持在50～500Pa，原料气体的气体流量为180～220L/min，保护气体采用Ar气，流量取180～220L/mi n，第一次沉积时间为8～12天，达到时间取出并打磨构件表面，打开其孔隙继续第二次沉积，8～12天后取出，完成陶瓷基复合材料粗胚制造工序；然后对陶瓷基复合材料粗胚进行预应力释放式加工工序，如果芯棒不需取出，这一工序可以从第一次沉积完后开始，完成预应力释放式加工工序后对按理论所需Si量的1.2～
1.5倍添加Si微粉，其粉粒度为10～100μm，将Si粉与陶瓷基复合材料粗胚置于石墨坩埚内使磨削线面与Si接触，将石墨坩埚置于温度为1500～1600℃负压高温炉(充入Ar气的0～500Pa的微正压)内进行熔融浸硅进行填充纤维束筋的外管3和芯棒4的间隙，保温1.5～2.5小时，或者在纤维束筋的外管3和芯棒4的间隙加入碳的前驱体物质高温裂解填充间隙，或者将芯棒取出，再采用化学气相沉积法或者负压高温熔融浸硅堵孔，随后将得到C/SiC复合材料进行机械加工，最后得到成品。对于以SiC为基体CVI用的原料气体为CH3SiCl3+H2，对于以BN为基体CVI用的原料气体BCl/BF+NH3+H2，以Al2O3为基体CVI用的原料气体AlCl4+CO2+H2，以TiB2为基体CVI用的原料气体TiCl4+BCl3+H2。

[0014] 所述的预应力释放式加工工序是指沿陶瓷基复合材料粗胚的磨削线进行磨削，磨除纤维束筋的切削区，释放纤维束筋的预应力，或对陶瓷基复合材料粗胚采取钻孔法释放预应力。

[0015] 所述的纤维束筋的制造方法是：

[0016] 第一步，制造芯棒，芯棒采用拉挤成型生产工艺，纤维采用在2000℃左右碳化处理的PAN基碳纤维，或采用沥青系或者纤维素系碳纤维，胶槽中的成型介质前体物质采用酚醛树脂和乙醇按1∶1的重量比混合溶液，或采用聚醚醚酮高残碳率的聚合物，或者采用聚碳硅烷(PCS)溶液，或采用聚乙烯醇和温水按1∶5的重量比混合而成的溶液，纤维在模具中固化成型，然后在真空中，1500～2100℃下加热1小时高温石墨化处理；

[0017] 第二步，纤维束筋前体通过拉挤成型生产工艺，纤维采用在1500℃左右碳化处理的PAN基碳纤维，胶槽中的成型介质前体物质采用酚醛树脂和乙醇按1∶的重量比混合溶液，首先在芯棒成品上缠绕聚四氟乙烯薄膜，然后环向通过缠绕轮缠绕纤维，另一组浸透胶液的纤维经预成型板同芯棒进入模具固化成型，制成纤维筋前体，而纤维进入模具的方式是编织、缠绕方式进入；如有必要在纤维筋前体的两端处缠绕纤维，形成端头增大，便于后续外管的张拉。然后将成型材在真空中，先加热至300℃加热使酚醛树脂初步碳化，然后在1000℃～1500℃下加热1小时，使酚醛树脂进一步碳化，在加热到400以上温度过程中，聚四氟乙烯薄膜逐渐裂解消失，从而外管成型，并且与其内的芯棒存在间隙；

[0018] 第三步，通过对纤维束筋前体外管张拉进入，用锚固环夹住外管端部，张拉外管，即外管伸长，然后保持外管的张拉应力，并在外管管口与芯棒顶面之间充填粘结剂，高温固化粘结剂，然后松开外管的张拉，该纤维束筋端部锚固用粘结剂采用酚醛树脂(PF)/碳化硼(B4C)热固化粘结剂，或者采用可碳化的热固性树脂，在300℃～1000℃加热固化，然后松开张拉制成纤维束筋。

[0019] 上述第二步中，在薄膜里预先加入石墨微粉作为润滑剂。

[0020] 上述第二步中，为了防止外管的碳化空隙过大过多以及防止后续CVI法的气体进入外管与芯棒的间隙，在胶槽中加入陶瓷微粉，如SiC微粉，减少碳化过程的收缩和空隙。

[0021] 上述第二步中，在外管的外表面涂酚醛树脂并碳化，重复此过程，防止后续CVI法的气体进入外管与芯棒的间隙。

[0022] 采用上述技术方案的复合结构预存应力筋增强陶瓷基复合材料及其制造方法，复合结构预存应力纤维束筋隶属于复合结构预存应力筋中的一种，为了便于描述，以下暂且称其为纤维束筋。本发明纤维束筋的结构是由高温成型的纤维束外管、纤维束芯棒通过耐高温的粘结剂在两端锚固构成，其中承受张拉力的外管与其腹中受压的芯棒构成拉压平衡体。纤维束筋的结构形式在申请号为201110383561.0的文件中有详细的说明，不再赘述。纤维束筋的应用增加了预应力的布置的灵活性、简便性及其预应力释放的易控制性，并且可提供可观的预应力值。例如，采用T300S碳纤维(抗拉强度为4.8GPa)的外管与采用T300S碳纤维(抗压强度为6.1GPa)的纤维束筋大致可输出1.5GPa以上的应力。由于可制造直径较小的纤维束筋(直径可小于1mm)，则比较柔软而易弯曲，可以根据陶瓷复合材料受力情况，按主拉应力迹线进行布筋，这样更好地改善结构陶瓷的受力性能，增加陶瓷复合材料的韧性和强度。又由于此预应力在材料使用温度区间内受温度变化影响很小，从而很好的解决以往预应力技术在瓷基复合材料难以解决的问题。在本发明文中主要说明关于应用到耐高温结构陶瓷中的纤维束筋的制造方法，采用某些陶瓷基复合材料成型工艺，使该筋与陶瓷复合，再通过预应力释放方法及其后续的成型工艺。

[0023] 由于陶瓷基复合材料成型时温度一般达到1000℃以上，在如此高的温度下，必须要选择可耐此高温的纤维材料，而且含有该纤维的纤维束筋处在高温和高应力状态下，不会造成预应力的损失，从而在解除纤维束筋的自身锚固后才有足够的预应力转移给陶瓷基体。因此在选择外管和芯棒所用到的纤维材料以及它们成型的介质在高温下必须满足力学性能要求，在与基体在化学上和在物理上也都要相容。在外管和芯棒中的纤维材料选择上，目前可选择碳纤维，其强度最高可达8GPa以上，在惰性气氛中，就是在2000℃以上高温下，仍然具有室温情况下的强度；可以选择SiC纤维，其强度最高可达3.5GPa，使用温度可达1300℃，最高使用温度在1400℃；可以选择Al2O3纤维，其强度最高可达3GPa，其强度在空气中加热到1000℃～1100℃基本上不变；可以选择B纤维，其强度最高可达3.5GPa，且其抗高温性能也很好；还有其它很多耐高温高强度的陶瓷纤维可供选择。在本发明中纤维与介质制成外管和芯棒的方法采用浸透前体物质然后加热的方法——先驱体转化法。但在纤维与成束介质的组合中，最好采用氧化物与氧化物的搭配组合，或者非氧化物与非氧化物搭配组合。如果氧化物与非氧化物搭配组合成外管或者芯棒，由于在后续的裂解或者烧结等复合化过程的反应温度很高，氧化物与非氧化物间反应很强烈，非常有可能导致纤维束特性变差，从而其受力性能下降。如果确实需要这样组合，可预先在纤维表面上涂敷BN等反应性小的成分，在一定程度上可防止这种激烈的反应。除了上述方法以外，外管和芯棒还可【9】
以采用浸渍介质成分的淤浆或化学气相浸渍等制造方法 。

[0024] 对于纤维与介质制成的外管除了耐高温，其应该具有较高的抗拉强度和一定的弹性模量，这样单位体积的预存应力筋会储存更多的变形能，基材才能得到更大的预应力。外管的强度和弹性模量受热后影响需小，在室温和材料成型时的温度段的强度和弹性模量变化需较小。在由纤维和介质构成的芯棒材料选择中，芯棒除了耐高温，在室温和材料成型时的温度段的强度和弹性模量变化应较小，还需要较高的抗压强度，其材料的弹性模量还要比外管材料的弹性模量高，这样可以减少外管与芯棒的拉压变形收缩时应力的降低，从而增加预应力的储量。在锚固用粘结剂材料选择中，首先要耐复合材料成型时的高温，固化后应具有较高的强度和弹性模量，其强度在正常工作时足以抵抗拉压体的剪力，且不会跟外管和芯棒反应。因此，锚固用粘结剂可选用高温无机粘结剂、酚醛树脂(PF)/碳化硼(B4C)【10】热固化粘结剂 及其可高温碳化的树脂材料。外管纤维材料可选取在1500℃左右碳化处理后碳纤维，其抗拉强度可达到最大值。随着碳化温度升高，强度会降低，但弹性模量随之升高，2000℃以上热处理可得到更高的弹性模量，因此芯棒可取在2000℃以上温度碳化的【11】
碳纤维 。构成外管和芯棒的介质可采用酚醛树脂或者聚碳硅烷进行高温裂解，将连续纤维粘结成束。

[0025] 同样在选择制备纤维增强陶瓷基复合材料的方法上，如果选用成型温度过高的方法，纤维束筋的强度和刚度以及锚固粘结剂粘结强度都会下降，势必影响纤维束筋对陶瓷基体预应力的释放，造成预应力过大的损失，而影响复合材料的性能。因此本发明考虑采用CVI法，其能在900～1100℃的温度环境下，制成高致密度和高纯度的SiC陶瓷，化学反应【12】式 ：

[0026] 由于CVI法制成的碳纤维增强SiC基复合材料在1000℃高温环境下，与常温状态【13】相比，其强度和刚度保持不变 ，对粗胚进行磨削或者钻孔，破坏纤维束筋自身的端部锚固区的锚固，给陶瓷基体施加预压应力后，再在1000℃左右高温下进行化学气相渗积、高温负压熔渗或者浸渗树脂高温碳化填充外管与芯棒间隙工序，这一工序不会对外管给SiC基施加的预应力造成损失，进而可以对碳纤维裸露区和外管与芯棒间隙处大胆的进行覆盖和填充。同样，CVI法制成的SiC/SiC基复合材料在1000℃高温环境下，强度和刚度变化较小，因此在化学气相渗积填充工序中，对预应力损失方面影响不大。

[0027] 考虑到纤维束筋属于长细比很大的结构，压杆失稳破坏问题需要论证。对于纤维束筋的拉压结构，外管为拉杆，芯棒为压杆，虽然外管和芯棒长细比很大，即大柔度杆件，是否会失稳破坏这一问题，下面做简略解答。因为拉压杆失稳破坏的前提是在失稳的临界荷载下，拉杆和压杆各自的受力轴线要开始分离，当荷载超过临界荷载时，两者的受力轴线分开距离就越来越大，直到拉压杆破坏。而在本发明的纤维束筋拉压结构中，由于芯棒就在外管的腹腔内，两者受力后就是接近它们的强度的极限值时，只要两者的受力轴线不会分离，拉压结构就不会出现失稳破坏。除非外管发生爆裂，芯棒受压被挤出，造成失稳破坏；或者外管同芯棒脱黏分离造成失稳破坏。因此只要让外管在管体周长方向有足够强度，就不会出现因失稳破坏状况；或者外管与芯棒的粘结力足够强而不分离，也不会出现因失稳破坏状况。虽然纤维束筋结构不会失稳破坏，但如果外管内表面与芯棒外表面的间隙过大，两者的拉压力轴线分离间距过大时，导致外管与芯棒的偏心距过大，势必造成一定的偏心力使外管弯曲，这样对布筋有所不利。因此在制造纤维束筋时，外管内径与芯棒的直径要匹配好。如果外管与芯棒的间隙过大，则造成纤维束筋的过大的弯曲，而影响其使用性能。如果间隙过小，在外管受张拉过程中，内径变小，造成外管内表面与芯棒表面接触或者挤压，摩擦力增大，从而带动芯棒受张拉，造成外管与芯棒之间的相对伸长差不够，达不到纤维束筋的预应力的设定值。因此外管的内外径和芯棒的直径必须预先计算和设定好，避免上述问题的出现。

[0028] 纤维束筋的制造方法在申请号为201110383561.0的文件中已经有所说明，比如说穿入法：“第三类结构组成的预存应力筋中的一种制造方法：将芯棒穿入外管，向外管与芯棒端部的间隙注入一定量的粘结剂，张拉外管，达到预设应力值，并保持该应力值。待粘结剂固化后，松开外管的张拉，完成制造。”其外管制造是通过拉挤成型后脱去芯模成管，适合长径比较小的外管制造，但当外管内径较小以及其长度较长时，将芯棒穿入外管的穿入法就很麻烦。因此本发明采用新的制造方式，首先制造芯棒，通过将浸涂树脂介质的纤维束经成型孔拉挤成型，再高温裂解成纤维束芯棒。在芯棒表面涂或者缠绕一层高温可挥发的树脂并固化，然后直接以其为芯模，通过缠绕和拉挤工艺制造外管，随后将其置于高温下裂解成型。因为芯棒已经在管中，无需穿管，即可用张拉设备张拉外管，达到预设应力值，并保持该应力值，在外管端部处，挤填粘结剂，升温固化，达到强度后，松开外管的张拉，完成制造。

[0029] 在外管张拉控制应力方面，如实施例1所述，控制外管的张拉控制应力σcon≤0.65fpk(fpk为碳纤维外管的标准抗拉强度)，芯棒受压控制应力σcon≤0.7fpk(fpk为碳纤维外管的标准抗压强度)。外管与芯棒的截面面积应尽量相等，其端部锚固长度根据锚固的所需应力计算确定。在纤维束筋的直径方面，其直径范围一般在0.1～5mm，若直径过小则增加制造的难度，直径过大则不宜布筋，因此纤维束筋的直径要适当。

[0030] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明可通过给基体施加预压应力，增加了基体从受力到破坏的应变量，大大推迟了基体裂缝的出现，从而增加了材料的韧性、整体性、可靠性。本发明中的制成纤维束筋因为其为自平衡系统，因此在其弹性范围里弯曲，其弯曲度与其自身的直径和刚度有关，直径和刚度越小，可弯曲性就越好，因此极大的方便了预应力的控制、实施和布置。由于预应力的存在，本发明的预应力增韧和增强方法不同于以往的残余应力增韧和增强的方法，本方法明显优于后者，并且其应力值不受温升的影响，它可以通过较低模量高强度的纤维束筋增加CMC(纤维增强陶瓷基复合材料)的第一韧性，防止基体过早开裂破坏，从而大大的增加材料的整体性、安全性和可靠性。

[0031] 本发明适用于航空航天器、核反应堆壁、燃烧轮机燃烧器等要求高强度、高刚度、耐高温和抗高温热震的结构部件，适用于枪炮管、装甲车、航天器、内燃机气缸、制动器材等要求高强度、高刚度、耐高温和抗冲击的结构部件。

[0032] 参考文献

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[0045] 【13】益小苏，杜善义，张立同.中国材料工程大典：第10卷复合材料工程，2006：618

[0046] 【14】杨鸣波，唐志玉.中国材料工程大典：第6卷高分子材料工程(上)，2006[0047] 【15】杨鸣波，唐志玉.中国材料工程大典：第7卷高分子材料工程(下)，2006附图说明

[0048] 图1是芯棒拉挤成型生产示意图；

[0049] 图2是纤维束筋前体拉挤成型生产示意图；

[0050] 图3是纤维束筋制造示意图；

[0051] 图4是纤维束筋三维预制体示意图；

[0052] 图5是涡轮陶瓷叶片纤维束筋布筋示意图；

[0053] 图6是涡轮陶瓷叶片示意图；

[0054] 图7是液体火箭发动机喷管布筋示意图；

[0055] 图8是液体火箭发动机喷管示意图；

[0056] 图9是无纬纤维束筋层示意图；

[0057] 图10是发动机喷管调节片示意图。

[0058] 在图中：

[0059] 1-高模量纤维；2-高强度纤维；3-外管；4-芯棒；5-粘结剂；6-纤维束筋；7-伸缩空隙；8-曲线纤维束筋；9-直线纤维束筋；10-磨削线；11-磨削区；12-叶片；13-鸠尾榫附连部分；14-叶片根部；15-反旋螺旋纤维束筋；16-正旋螺旋纤维束筋；17-喷管，纱架18，预成型模19，第一模具20，往复牵引装置21，第一胶槽22，聚四氟乙烯薄膜23，第二胶槽
24，第二模具25，切割机26，预成型板27，缠绕轮28，纤维筋前体29。

具体实施方式

[0060] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

[0061] 实施例1：

[0062] 首先说明芯棒4的制造方法。芯棒4的制造采用如图1所示的拉挤成型生产工艺，图1是：纱架18，预成型模19，第一模具20，往复牵引装置21，第一胶槽22，高模量纤维1采用在2000℃左右碳化处理的PAN基碳纤维，第一胶槽22中的成型介质前体物质采用酚醛树脂和乙醇按1∶1的重量比混合溶液，在第一模具20中固化成型，然后在真空中，1800～2100℃下加热1小时高温石墨化处理。在这一过程中，通过改变使用的碳纤维的根数，来改变芯棒4的直径。用这种方法得到的芯棒4的碳介质的含量，不论直径的大小都是约60％(体积)左右。第一胶槽22中的成型介质前体物质还可以采用聚醚醚酮等高残碳率的聚合物，或者采用聚碳硅烷(PCS)溶液，两者同样适用于下面所述的外管3的介质。

[0063] 如图2所示，纤维束筋前体通过拉挤成型生产工艺，图2是：第二胶槽24，聚四氟乙烯薄膜23，第二模具25，切割机26，预成型板27，缠绕轮28，纤维筋前体29，纤维采用在1500℃左右碳化处理的PAN基碳纤维，第二胶槽24中的成型介质前体物质采用酚醛树脂和乙醇按1∶1的重量比混合溶液。首先在芯棒4成品上缠绕聚四氟乙烯薄膜23，聚四氟乙烯薄膜23的厚度由外管3张拉后的内径变化量和外管3裂解的收缩量来计算确定。然后环向通过缠绕轮28缠绕高强度纤维2，另一组浸透胶液的高强度纤维2经预成型板27同芯棒4进入第二模具25固化成型，制成纤维筋前体29，而高强度纤维2进入模具的方式可以是编织、缠绕等方式进入。如有必要可在纤维筋前，29的两端处缠绕纤维，形成端头增大，便于后续外管的张拉。然后将成型材在真空中，先加热至300℃加热使酚醛树脂初步碳化，然后在1000℃～1500℃下加热1小时，使酚醛树脂进一步碳化，在加热到400℃以上温度过程中，聚四氟乙烯薄膜23逐渐裂解消失，从而外管3成型，并且与其内的芯棒4存在间隙。为了便于后续外管3的张拉和纤维束筋6预应力的释放，可在聚四氟乙烯薄膜23里预先加入石墨微粉作为润滑剂。为了防止外管3的碳化空隙过大过多以及防止后续CVI法的气体进入外管3与芯棒4的间隙，可在第二胶槽24中加入陶瓷微粉，如SiC微粉，减少碳化过程的收缩和空隙。如有必要还可以在外管3的外表面涂酚醛树脂并碳化，重复此过程，防止后续CVI法的气体进入外管3与芯棒4的间隙，避免外管3和芯棒4两者的固结，从而增加纤维束筋6预应力释放的可靠性。

[0064] 如图3所示，通过对纤维束筋前体外管张拉进入如图3中的制造工序，通过对纤维束筋前体外管3张拉进入，用锚固环夹住外管3端部，张拉外管3，即外管3伸长，然后保持外管3的张拉应力，并在外管3管口与芯棒4顶面之间充填粘结剂，高温固化粘结剂，然后松开外管的张拉，在外管3与芯棒4之间形成伸缩空隙7，该纤维束筋端部锚固用粘结剂5采用酚醛树脂(PF)/碳化硼(B4C)热固化粘结剂，在300℃～1000℃加热固化，然后松开张拉制成纤维束筋6。外管3的张拉控制应力σcon≤0.65fpk(fpk为碳纤维外管的标准抗拉强度)，芯棒4受压控制应力σcon≤0.7fpk(fpk为碳纤维外管的标准抗压强度)。外管3与芯棒4的截面面积应尽量相等。该纤维束筋端部锚固长度根据锚固的所需应力计算确定。

[0065] 将纤维束筋6编制成如图4所示的三维预制体，纤维束筋的体积分数在复合材料的所需预应力计算定出。纤维束筋的体积分数范围一般在3～60％。将上述三维预制体放入化学气相浸渗/沉积炉中，制造SiC基复合材料，沉积温度为1000，真空度保持在100Pa，原料气体为CH3SiCl3+H2，其化 学反应式有：

[0066] 其中H2为载气和稀释气体，原料气罐温度约24℃，气体流量设为200L/min，保护气体采用Ar气，流量取200L/min，第一次沉积时间为10天。达到时间取出并打磨构件表面，打开其孔隙继续第二次沉积，10天后取出，完成粗胚制造工序。如果未达到要求的密度，可重复进行CVI法增密达到设计要求。然后需对粗胚构件进行预应力释放式加工工序。如果芯棒不需取出，这一工序可以从第一次沉积完后开始。图4所示的预制体所制成的粗胚，则对其任意非平行三面进行磨削，磨除纤维束筋的切削区，释放纤维束筋的预应力。然后对按理论所需Si量的1.2倍添加Si微粉，其粉粒度为10～100μm，将Si粉与粗胚置于石墨坩埚内。将石墨坩埚置于温度为1500～1600℃负压高温炉内进行熔融浸硅进行填充外管3和芯棒4的间隙，或在充入Ar气的100Pa左右的微正压高温炉内熔硅浸渗，保温2小时。
随后将得到C/SiC复合材料进行机械加工，最后得到成品。如果需求隔热性能的复合材料，可以将所有的芯棒4取出，然后进行上法堵外管3的两端孔即可，形成空心复合材料。对于一维或者二维预制体粗胚，还可以采取钻孔释放预应力的方法。

[0067] 对于以BN为基体CVI用的原料气体BCl/BF+NH3+H2，以Al2O3为基体CVI用的原料气体AlCl4+CO2+H2，以TiB2为基体CVI用的原料气体TiCl4+BCl3+H2都可以采用如上所述的方法。用纤维束筋6编制成的一维或者二维预制体，同样可以进行上述CVI法制造复合材。

[0068] 如图5所示为纤维筋刹车片预制体径向截面图，图5是：叶片12；鸠尾榫附连部分13；叶片根部14；也是通过上述CVI法，制成陶瓷基粗胚后，对其采取钻孔法释放预应力，同时有助于刹车片的散热，如图6所示，钻孔同时可称为散热孔。然后对外管3与芯棒4的间隙采取上述所述的高温熔融浸硅法填充或者堵孔，最后得到成品。

[0069] 实施例2：

[0070] 在实施例1中，所述的纤维束筋的制造，外管3和芯棒4的所有的纤维采用PAN系碳纤维，除此之外还可以采用沥青系或者纤维素系碳纤维，三者还可根据材料的受力情况进行优化组合。各种系别的纤维选用原则采用类同上述所述，外管3采用最高强度成型温度的碳纤维，而芯棒4采用超高模量的碳纤维。

[0071] 上述实施例中的外管3和芯棒4的成型介质前体物质采用酚醛树脂，下面说明使用聚乙烯醇作为成束介质的前体物质。芯棒4的制造采用如图1所示的拉挤成型生产工艺，高模量纤维1采用在2000℃左右碳化处理的PAN基碳纤维，胶槽中的介质前体物质采用聚乙烯醇和温水按1∶5的重量比混合而成的溶液，在模具中蒸干水分固化成型。然后在真空中，1500℃～2000℃下加热1小时，使聚乙烯醇充分碳化。

[0072] 如图2所示，纤维束筋前体通过拉挤成型生产工艺，纤维采用在1500℃左右碳化处理的PAN基碳纤维，胶槽中的成型介质前体物质采用聚乙烯醇和温水按1∶5的重量比混合而成的溶液。首先在芯棒4成品上缠绕聚四氟乙烯薄膜，薄膜的厚度由外管张拉后的内径变化量和外管裂解的收缩量来计算确定。然后环向通过缠绕轮缠绕高强度纤维2，另一组浸透胶液的高强度纤维2经预成型板同芯棒4进入模具固化成型，制成纤维筋前体，如有必要可在纤维筋前体的两端处缠绕纤维，形成端头增大，便于后续外管的张拉。然后将成型材在真空中，先加热至300℃加热使聚乙烯醇初步碳化，然后在1000℃～1500℃下加热1小时，使聚乙烯醇进一步碳化，得到纤维束筋前体，然后进行如同实施例1下面的工序制成复合材料。

[0073] 下面说明以SiC为介质的芯棒4和纤维束筋前体成型生产工艺，胶槽的介质前体物质为聚碳硅烷，接下来的芯棒4成型工艺与上相同。纤维束筋前体生产工艺中初步碳化的温度为350℃，其它步骤同上。用此方法得到的外管3和芯棒4的SiC介质的体积含量在50％左右。该介质的含量可通过改变前体溶液的浓度或浸渍次数加以调整。

[0074] 纤维成束介质不止C和SiC，还有TiC、BN、Si3N4、SiO2、Al2O3、TiO2和TaO5等前体物质，通过加热固化，其工艺与上所述类同，不一一详述。对于图1与图2中的胶槽里可分别采用上述所述的介质前体物质。纤维除C外，还可采用SiC、BN、B、Al2O3等纤维，纤维和各种介质前体组合加热复合得到各自对应化合物的介质成分的无机纤维束，还可以一束多种纤维结成束。在纤维与成束介质的组合中，尽量采用氧化物与氧化物的搭配组合，非氧化物与非氧化物搭配组合，如果有必要可预先在纤维表面上涂敷BN等反应性小的成分，在一定程度上可防止高温反应，避免造成纤维的损伤。

[0075] 对于与上面所述有别的穿入法制造工艺，其在纤维和成束介质前体物质的使用和组合与上述可基本一致。

[0076] 实施例3：

[0077] 纤维束筋增强的涡轮陶瓷叶片的制备方法，其制备过程如下：

[0078] 纤维束筋采用实施例1所述的纤维束筋，将纤维束筋与碳纤维以涡轮陶瓷叶片形状编制成预制体，其中纤维束筋为主增强筋。预制体的编织必须注意纤维束筋的切削区的位置，其中的一端应处在便于切削和预应力释放的位置。如图5所示，曲线纤维束筋8和直线纤维束筋9根据叶片的所受进行布筋，在本图中碳纤维未显示，曲线纤维束筋8和直线纤维束筋9在本图中只是示意，纤维束筋的一端切削区要处在叶片的端部磨削区11里，另一端深入涡轮陶瓷叶片尾部(也可以在尾部设立磨削区)。纤维束筋的体积分数在复合材料的所需预应力计算定出。纤维束筋的体积分数范围一般在3～60％。将上述三维预制体放入化学气相浸渗/沉积炉中，制造SiC基复合材料，沉积温度为1100℃，真空度保持在120Pa，原料气体为CH3SiCl3+H2，其化学反应式有：

[0079] 其中H2为载气和稀释气体，气体流量设为220L/min，保护气体采用Ar气，流量取220L/min，第一次沉积时间为8天。达到时间取出并打磨构件表面，打开其孔隙继续第二次沉积，8天后取出，完成粗胚制造工序。如果未达到要求的密度，可重复进行CVI法增密达到设计要求。然后需对粗胚构件进行预应力释放式加工工序。如图5所示，沿叶片端部的磨削线10进行磨削，从而磨除纤维束筋的切削区，释放纤维束筋的预应力。然后对按理论所需Si量的1.5倍添加Si微粉，其粉粒度为10～100μm，将Si粉与磨削后的叶片胚体置于石墨坩埚内，叶片胚体倒立在石墨坩埚底面上，使磨削线10面与Si接触，便于Si粉的熔渗。然后将石墨坩埚置于温度为1500℃～1600℃负压高温炉内进行熔融浸硅进行填充外管3和芯棒4的间隙，或在充入Ar气的100Pa左右的微正压高温炉内熔硅浸渗，保温1.5小时。随后将得到C/SiC复合材料进行机械加工，最后得到成品，如图6所示。

[0080] 实施例4：

[0081] 纤维束筋增强的液体火箭发动机喷管的制备方法，其制备过程如下：

[0082] 纤维束筋采用实施例1所述的纤维束筋，将纤维束筋与碳纤维以液体火箭发动机喷管17形状编制或者针刺成预制体。预制体的编织必须注意纤维束筋的切削区的位置，其中的一端应处在便于切削和预应力释放的位置。如图7所示，反旋螺旋纤维束筋15和正旋螺旋纤维束筋16(以Z轴的正向为前进方向，顺时针旋转为正旋)为主增强筋，与其编织的碳纤维在本图中未显示，各正、反旋筋在喷管17圆周方向分别以中心轴为对称轴均匀等间距的在喷管17壁内布筋，正、反旋筋的一端切削区必须处在喷管17的同一上端或者下端的磨削区11内。纤维束筋的体积分数在复合材料的所需预应力计算定出。纤维束筋的体积分数范围一般在3～60％，为了便于弯曲，纤维束筋的直径最好在1mm以下。在螺旋布筋方面，为了避免外管3和芯棒4在弯曲时的摩擦力导致的预应力过大的损失，纤维束筋的长度应小于临界长度(在预应力时，预应力损失等于纤维束筋所存储预应力值5％时，此时纤维束筋的长度)。将上述三维预制体放入化学气相浸渗/沉积炉中，制造SiC基复合材料，沉积温度为1100℃，真空度保持在80Pa，原料气体为CH3SiCl3+H2，其化学反应式有：

[0083] 其中H2为载气和稀释气体，气体流量设为180L/min，保护气体采用Ar气，流量取180L/min，第一次沉积时间为12天。达到时间取出并打磨构件表面，打开其孔隙继续第二次沉积，12天后取出，完成粗胚制造工序。如果未达到要求的密度，可重复进行CVI法增密达到设计要求。然后需对粗胚构件进行预应力释放式加工工序。如图7所示，沿喷管17上端或者下端的磨削线10进行磨削，从而磨除纤维束筋的切削区，释放纤维束筋的预应力。
然后对按理论所需Si量的1.2倍添加Si微粉，其粉粒度为10～100μm，将Si粉与磨削后的喷管胚体置于石墨坩埚内，喷管胚体倒立在石墨坩埚底面上，使磨削线10面与Si接触，便于Si粉的熔渗。然后将石墨坩埚置于温度为1500℃～1600℃负压高温炉内进行熔融浸硅进行填充外管3和芯棒4的间隙，或在充入Ar气的100Pa左右的微正压高温炉内熔硅浸渗，保温2.5小时。随后将得到C/SiC复合材料进行机械加工，最后得到成品，如图8所示。

[0084] 实施例5：

[0085] 纤维束筋增强的发动机喷管调节片的制备方法，其制备过程如下：

[0086] 纤维束筋采用实施例2所述的纤维束筋，将如图9所示的无纬纤维束筋层与网胎针刺成整体炭毡，无纬纤维束筋层的纤维束筋6的间距及其层间距需根据热震和气流对调节片产生的拉应力进行计算确定。纤维束筋的体积分数在复合材料的所需预应力计算定出，纤维束筋的体积分数范围一般在3～60％，纤维束筋的直径为0.6mm。将上述炭毡放入沉积炉中，沉积温度为1100℃，真空度保持在100Pa左右，原料气体为CH3SiCl3+H2，其化学反应式有：

[0087] 其中H2为载气和稀释气体，气体流量设为200L/min，保护气体采用Ar气，流量取200L/min，第一次沉积时间为10天。达到时间取出并打磨构件表面，打开其孔隙继续第二次沉积，10天后取出，完成粗胚制造工序。如果未达到要求的密度，可重复进行CVI法增密达到设计要求。然后需对粗胚构件进行预应力释放式加工工序。如图10所示，沿调节片两端部的磨削线10进行磨削，从而磨除纤维束筋的切削区，释放纤维束筋的预应力。然后对按理论所需Si量的1.3倍添加Si微粉，其粉粒度为10～100μm，将Si粉与调节片磨削后的一磨削面与石墨坩埚底面上的Si接触，然后将石墨坩埚置于温度为1500℃～1600℃负压高温炉内进行熔融浸硅进行填充外管3和芯棒4的间隙，或在充入Ar气的0～500Pa左右的微正压高温炉内熔硅浸渗，保温1～2小时。熔渗完后再进行另一面的Si粉的熔渗。
随后将得到C/SiC复合材料进行机械加工，最后得到成品。