專利名稱：復合材料用陶瓷纖維預制體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬基復合材料領(lǐng)域，具體地說就是提供了一種金屬基復合材料用陶瓷纖維預制體的制備方法。
隨著科學技術(shù)的進步，人們對材料的需求也日益多樣化，例如，發(fā)動機活塞，要求其第一道環(huán)槽有較其它部位更高的強度及耐磨性，解決這一問題有效辦法之一就是，將陶瓷材料按所需增強部位的形狀制成預制件，放入模具中將液態(tài)金屬材料放入模具中擠壓，冷卻成型，從而使有預制件的部分形成金屬基復合材料，提高此部分的強度及耐磨性。因而要求此種預制體密度分布均勻，且有較強的高溫硬度，以防其在與液態(tài)金屬復合時變形。JP60-161400及JP60-204660中，曾有用陶瓷晶須制備預制體的報道，其基本過程是晶須在溶液中分散，同時加入一定量的高溫粘結(jié)劑，注模后氣壓下濾水、烘干，此種方法解決了密度分布均勻且在液擠壓過程中預制體不變形的問題。但是由于陶瓷晶須較昂貴，并且由于粘結(jié)劑是在初始狀態(tài)下加入的，需加入相當?shù)牧坎拍苁诡A制體中殘留足夠的粘結(jié)劑，另外其在整個制備過程中流失嚴重，會造成不必要的浪費。為了降低成本，也有用陶瓷纖維制備預制體的，這就需要對陶瓷纖維進行預先處理，即切割分散，而后排碴分選，一般所采用的纖維切割工藝均為攪打式，效率低，分散性差，需采用特殊的方式進行分選，收率低。通常處理過的纖維較原纖維價格提高一個數(shù)量級。
本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)復合材料用陶瓷纖維預制體的制備方法，可用廉價的陶瓷纖維生產(chǎn)出符合要求的預制體，且效率高、收率高，可避免不必要的浪費，即提供一種過程更為合理可大規(guī)模生產(chǎn)化的工藝。
本發(fā)明的工藝過程大體上可分為兩步，纖維的預處理及預制體成型。具體過程如下首先對陶瓷纖維進行切割分散再排碴分選，分選后的纖維分散于水中，注模，氣壓下濾水謙機械加壓成型，而后加入粘結(jié)劑，氣壓濾過，經(jīng)后處理最終得到所需的預制體。本工藝過程由于采用了成型后加入粘結(jié)劑的方式，可充分利用粘結(jié)劑避免了先前工藝成型過程中粘結(jié)劑的流失，另外，粘結(jié)劑在預制體中殘留的量可通過氣壓的大小及粘結(jié)劑的稀釋程度自行調(diào)解，用過的粘結(jié)劑回收容易，可反復使用，從而也降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明的另一個特征是，纖維的切割采用了錐型凸齒與錐型凹齒相對旋轉(zhuǎn)切割的方式，得到了尺寸均勻，分散性極好的纖維，經(jīng)此種方式切割處理后的纖維利用二級以上旋流分選即可將碴球及大尺寸纖維一同排出，從而獲得高質(zhì)量的適用于復合材料預制體的陶瓷纖維，該方法工藝簡單、效果好、效率高，收率也很高，處理后的纖維價格比較處理前的原纖維提高一倍左右。為了提高金屬基復合材料的耐磨性，一般要求纖維的晶化率為30%左右，如果陶瓷纖維是玻璃態(tài)的，則需經(jīng)過950～1000℃的晶化處理。本發(fā)明中所使用的陶瓷纖維可以是硅酸鋁、氧化鋁、硼硅酸鋁等。高溫粘結(jié)劑可以為硅酸乙脂、硅溶膠、水玻璃、硼酸等。本發(fā)明中的后處理過程，取決于高溫粘結(jié)劑的性質(zhì)，如使用的是硅酸乙脂溶液，則處理過程需要水解及烘干固化。如使用的是水玻璃，則只需烘干即可。下面詳述實施例。
實施例1
從市場買來標準型硅酸鋁纖維Al2O3含量46～48%，價格2.5元/1kg，經(jīng)檢測渣球含量與纖維量的重量比為43wt%。把該纖維若干放入到馬費爐中，在970℃大氣下晶化處理40分鐘，取出冷至室溫后放入水中，水與纖維之比為100kg/1kg，注入到上面提到的切割設(shè)備中進行切割并分散，然后經(jīng)旋流器二級排碴分選即得到所需的硅酸鋁纖維，平均長度0.5mm，碴球含量與纖維量之經(jīng)為3.5%。
實施例2實施例1中處理好的纖維20克放入1升水中，注入到φ80mm的筒狀模具中，在氣壓4kg/cm2下迅速濾水，機械加壓，壓至所需密度，加入含10% SiO2的硅酸乙脂溶液40ml，使之浸滲并加2kg/cm2氣壓濾過。從模具中取出，得到纖維濕餅，然后將纖維濕餅在120℃下水解3小時在750℃焙燒固化1小時，即得到復合用的強化纖維預制塊，高20mm，直徑φ80mm，粘結(jié)劑殘余量與纖維預制塊體積比≤1%。
實施例3實施例2得到的纖維預制塊在700℃預熱后放到擠壓模中，將熔化的Al合金、ZL108注入模具中，然后擠壓，冷凝后取出，切開后觀測纖維預制塊高20mm沒有壓縮變形。該復合材料與基體鋁合金相比，常溫模量提高25%，300℃時抗拉強度提高20%，硬度提高24%。
權(quán)利要求
1.一種復合材料用陶瓷纖維預制體的制備方法，由纖維的預處理及預制體成型兩步完成，其特征在于具體的工藝過程如下首先對陶瓷纖維進行切割分散再排碴分選，分選后的纖維分散于水中，注模、氣壓下濾水，機械加壓成型；而后加入粘結(jié)劑，氣壓濾過，經(jīng)后處理最終得到所需的預制體。
2.按權(quán)利要求1所述的預制體制備方法，其特征在于，如果陶瓷纖維是玻璃態(tài)的，在進行切割分散前應(yīng)經(jīng)過晶化處理，處理溫度在950～1000℃之間。
3.一種用于權(quán)利要求1、2所述的預制體制備方法的纖維切藝，其特征在于纖維切割采用了錐型凸齒與錐型凹齒相對旋轉(zhuǎn)切割的方式。
4.按權(quán)利要求3所述的纖維切割技術(shù)，其特征在于纖維切割后可利用二級以上旋流分選方式進行分選;
5.按權(quán)利要求1、2所述預制體制備方法，其特征在于所用陶瓷纖維可以是硅酸鋁、氧化鋁、硼硅酸鋁等。
6.按權(quán)利要求1、2所述預制體制備方法，其特征在于所用高溫粘結(jié)劑可以為硅酸乙脂、硅溶膠、水玻璃、硼酸等。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬基復合材料領(lǐng)域，即提供了一種復合材料用陶瓷纖維預制體的制備方法。本發(fā)明的特征之一是采用了先注模成型后加入粘結(jié)劑的生產(chǎn)工藝，特征之二是采用了錐形凸齒與錐形凹齒相對旋轉(zhuǎn)切割陶瓷纖維的方式。從而使得整體工藝過程更為合理，制造成本降低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C04B35/76GK1079425SQ9210622
公開日1993年12月15日 申請日期1992年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月2日
發(fā)明者蘇國躍, 胡宛平, 楊永進 申請人:中國科學院金屬研究所