一種長纖維復合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種長纖維復合材料的制備方法，首先，將金屬長纖維絲材和非金屬長纖維絲材進行緊密編織，構織成編織體，并要求金屬長纖維絲材構成編織體的金屬纖維基體，而非金屬長纖維絲材編織在金屬纖維基體的表面；然后再使金屬長纖維絲材之間實現(xiàn)冶金結合，最終便可制造獲得所需的基體為金屬長纖維、表面為非金屬長纖維的織構復合材料。由于復合材料是纖維編織獲得，金屬長纖維絲材和非金屬長纖維絲材沒有明確的分界面，相互約束，互相制約，相互包含，結合牢固可靠。本發(fā)明方法工藝步驟簡單，操作方便，實施容易，生產成本較低，適合于大批量工業(yè)生產，應用范圍廣，市場前景好。
【專利說明】一種長纖維復合材料的制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及復合材料制備的【技術領域】，尤其是指一種長纖維復合材料的制備方法。

【背景技術】
[0002]申請?zhí)枮?01410225398.9發(fā)明專利公開了一種長纖維織構組織金屬材料的制造方法，首先將金屬長纖維絲材進行緊密編織形成編織體，然后通過塑性加工消除編織體內的空隙，并使絲材之間實現(xiàn)冶金結合，最終制造獲得所需的具有長纖維織構組織的致密金屬材料，即無孔隙金屬材料，制造的具有長纖維織構組織金屬材料，纖維織構是連續(xù)的，具有絲材高的抗拉強度和高的疲勞強度性能，同時具有常規(guī)體積材料的剛度，可以像普通金屬材料一樣加工成機械零件使用。申請?zhí)枮?01410274144.6發(fā)明專利公開了一種長纖維多孔隙金屬材料的制造方法，首先將金屬長纖維絲材進行編織形成編織體，編織體外形最小特征尺寸大于金屬長纖維絲材橫截面最大幾何特征尺寸的5倍，且當金屬長纖維絲材橫截面為圓形時，編織體外形最小特征尺寸大于5倍絲徑；其次，對編織體進行冶金結合工藝，使絲材之間接觸的地方實現(xiàn)冶金結合，而絲材之間沒有接觸的地方則構成了孔隙，且孔隙沿絲材軌跡方向分布；最終制造獲得所需的長纖維多孔隙金屬材料。制造的長纖維多孔隙金屬材料，孔隙沿纖維編織方向分布，氣體透過阻力小，透氣快，采用鋼絲作為金屬長纖維絲材，可制造獲得透氣模具鋼。但當材料需要同時滿足耐磨、減摩、防腐蝕使用性能時，由于上述兩個專利方法采用的原材料都是金屬纖維，其制備的材料則受到一定程度的限制。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足與缺陷，提供一種操作簡便、有效、可靠的長纖維復合材料的制備方法，可制造獲得所需的基體為金屬長纖維、表面為非金屬長纖維的織構復合材料。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術方案為:一種長纖維復合材料的制備方法，將至少兩種不同的長纖維絲材進行緊密編織，構織成編織體，其中，當該兩種不同的長纖維絲材均為金屬長纖維絲材時，要求其中一種金屬長纖維絲材構成編織體的金屬纖維基體，而另一種金屬長纖維絲材編織在金屬纖維基體的表面，然后再使金屬長纖維絲材之間實現(xiàn)冶金結合，最終便可制造獲得所需的織構復合材料；當該兩種不同的長纖維絲材分別為金屬長纖維絲材和非金屬長纖維絲材時，要求金屬長纖維絲材構成編織體的金屬纖維基體，而非金屬長纖維絲材編織在金屬纖維基體的表面，然后再使金屬長纖維絲材之間實現(xiàn)冶金結合，最終便可制造獲得所需的基體為金屬長纖維、表面為非金屬長纖維的織構復合材料。
[0005]當該兩種不同的長纖維絲材分別為金屬長纖維絲材和非金屬長纖維絲材時，金屬長纖維絲材之間的冶金結合可通過對編織體進行加熱燒結實現(xiàn)，而燒結溫度需在金屬長纖維絲材的燒結溫度范圍內，并低于非金屬長纖維絲材的燒結溫度，從而保證在燒結編織體時非金屬長纖維絲材不會被燒結。
[0006]通過塑性壓力加工壓縮所述編織體，使金屬纖維基體致密化。
[0007]所述塑性壓力加工對于室溫條件下易于塑性變形的金屬進行冷塑性壓力加工；而對于室溫條件下難于塑性變形的金屬，則需在金屬的熱塑性加工溫度范圍內進行，即先對金屬長纖維絲材編織而成的編織體進行加熱，達到金屬的熱塑性加工溫度后，再對編織體進行塑性壓力加工。
[0008]通過對金屬纖維基體表面的非金屬長纖維絲材浸滲熱固化流體材料或冷固化流體材料，固化后使非金屬長纖維絲材固為一整體。
[0009]將熱固化流體材料或冷固化流體材料浸滲非金屬長纖維絲材時，可對熱固化流體材料或冷固化流體材料施加超聲波，提高浸滲效率。
[0010]所述非金屬長纖維絲材有陶瓷纖維、碳纖維或石英纖維。
[0011]所述編織體為棒、管、型材、板狀或塊狀。
[0012]所述復合材料為棒材、管材、型材、板材或塊體材料。
[0013]所述塑性壓力加工有鍛壓、擠壓、拉拔、或軋制。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點與有益效果:
[0015]1、由于復合材料是纖維編織獲得，金屬長纖維絲材和非金屬長纖維絲材沒有明確的分界面，相互約束，互相制約，相互包含，結合牢固可靠；
[0016]2、復合材料基體是金屬具有良好的結構力學性能、抗沖擊，而表面為非金屬材料耐腐蝕、耐磨損；
[0017]3、制造的具有長纖維織構組織復合材料，纖維織構是連續(xù)的，具有絲材高的抗拉強度和高的疲勞強度性能；
[0018]4、非金屬長纖維絲材為陶瓷纖維時，陶瓷纖維具有很好的柔韌性，避免了陶瓷材料的脆性，保持陶瓷以纖維的形式存在于復合材料表面，復合材料表面具有高的顯微硬度，同時具有很好的柔韌性；
[0019]5、可以將熱物理性能差異較大的材料很方便地復合到一起；
[0020]6、可以靈活方便地設計制造出新型復合材料；
[0021]7、本發(fā)明方法工藝步驟簡單，操作方便，實施容易，生產成本較低，適合于大批量工業(yè)生產，應用范圍廣，市場前景好。

【具體實施方式】
[0022]下面結合多個具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]實施例1
[0024]本發(fā)明所述的長纖維復合材料的制備方法，其情況為:將至少兩種不同的長纖維絲材進行緊密編織，構織成編織體(可以編織為棒、管、型材、板狀或塊狀)，其中，當該兩種不同的長纖維絲材均為金屬長纖維絲材時，要求其中一種金屬長纖維絲材構成編織體的金屬纖維基體，而另一種金屬長纖維絲材編織在金屬纖維基體的表面，然后再使金屬長纖維絲材之間實現(xiàn)冶金結合，最終便可制造獲得所需的織構復合材料(可以為棒材、管材、型材、板材或塊體材料)；當該兩種不同的長纖維絲材分別為金屬長纖維絲材和非金屬長纖維絲材時，要求金屬長纖維絲材構成編織體的金屬纖維基體，而非金屬長纖維絲材編織在金屬纖維基體的表面，然后再使金屬長纖維絲材之間實現(xiàn)冶金結合，最終便可制造獲得所需的基體為金屬長纖維、表面為非金屬長纖維的織構復合材料(可以為棒材、管材、型材、板材或塊體材料)，所述金屬長纖維絲材之間的冶金結合可通過對編織體進行加熱燒結實現(xiàn)，而燒結溫度需在金屬長纖維絲材的燒結溫度范圍內，并低于非金屬長纖維絲材的燒結溫度，從而保證在燒結編織體時非金屬長纖維絲材不會被燒結。此外，可通過塑性壓力加工(有鍛壓、擠壓、拉拔或軋制等)壓縮所述編織體，使金屬纖維基體致密化。所述塑性壓力加工對于室溫條件下易于塑性變形的金屬進行冷塑性壓力加工；而對于室溫條件下難于塑性變形的金屬，則需在金屬的熱塑性加工溫度范圍內進行，即先對金屬長纖維絲材編織而成的編織體進行加熱，達到金屬的熱塑性加工溫度后，再對編織體進行塑性壓力加工。
[0025]而在本實施例中，是采用直徑35微米的45鋼絲材100根作為一束，絲徑為30微米的碳化硅纖維長絲50根作為一束，通過三維編織機將多束絲材編織成直徑200毫米的圓棒，使45鋼長纖維絲材構成編織體的內部，碳化硅長纖維絲材編織在編織體的表面；然后加熱達到1100攝氏度，保溫燒結2小時，使45鋼絲材之間冶金結合，制造獲得表層牢固包覆著碳化娃纖維長絲、內部為45鋼的棒材料。
[0026]實施例2
[0027]與實施例1不同的是本實施例的金屬絲材為20鋼絲。
[0028]實施例3
[0029]與實施例1不同的是本實施例的金屬絲材為鋁青銅，實現(xiàn)冶金結合時是在真空加熱爐中加熱達到880攝氏度保溫兩小時。
[0030]實施例4
[0031]與實施例1不同的是本實施例的非金屬絲材為石英絲。
[0032]實施例5
[0033]與實施例1不同的是本實施例的非金屬絲材為碳纖維。
[0034]實施例6
[0035]與實施例1不同的是本實施例的通過三維編織機將多束絲材編織成內徑為200毫米、外徑為300毫米的圓管，碳化硅長纖維絲材編織在圓管的內表面。
[0036]實施例7
[0037]與實施例1不同的是本實施例通過三維編織機將多束絲材編織成塊體，碳化硅長纖維絲材編織在塊體的外表面。
[0038]實施例8
[0039]與實施例1不同的是本實施例的通過三維編織機將多束絲材編織成厚度為20毫米板，碳化硅長纖維絲材編織在板的外表面。
[0040]實施例9
[0041]與實施例1不同的是本實施例的通過三維編織機將多束絲材編織成工字型材，碳化硅長纖維絲材編織在工字型材的外表面。
[0042]實施例10
[0043]本實施例將實施例1中制造獲得的棒材置于直徑為200毫米的模具中，軸向擠壓棒材，使材料內部的空隙減少。
[0044]實施例11
[0045]本實施例將實施例7中制造獲得的塊體材料放在鍛壓機工作臺上進行壓制，使材料內部的空隙減少。
[0046]實施例12
[0047]本實施例將實施例8中制造獲得的板材進行軋制，使材料內部的空隙減少。
[0048]實施例13
[0049]與實施例10不同的是本實施例在真空熱壓爐中進行擠壓，工作溫度為1000攝氏度。
[0050]實施例14
[0051]將實施例10、11、12、13制造獲得表層牢固覆蓋非金屬纖維長絲、基體為金屬的材料置于真空浸滲容器中，抽真空之后，加入熱固化高分子流體材料N-200型樹脂液體，浸滲進入材料表面非金屬纖維長絲之間的間隙中，并對所述浸滲流體施加超聲波，提高浸滲效率。完成浸滲后取出材料，去除多余的N-200型樹脂液體材料，加熱至90°C，并保溫45分鐘，使浸滲進入非金屬纖維長絲之間N-200型樹脂液體固化，制造獲得表面致密覆蓋著非金屬、內部為金屬的復合材料。
[0052]實施例15
[0053]與實施例14不同的是本實施例在熱固化高分子材料固化時施加壓力，使材料在壓力條件下固化。
[0054]實施例16
[0055]與實施例14不同的是本實施例浸滲流體為鋁合金液體。
[0056]實施例17
[0057]本實施例采用直徑35微米的45鋼絲材100根作為一束，絲徑為30微米的316不銹鋼纖維長絲50根作為一束，通過三維編織機將多束絲材編織成直徑50毫米的圓繩，使45鋼長纖維絲材構成編織體的內部，316不銹鋼長纖維絲材編織在編織體的表面；然后將50毫米圓繩從出口直徑為30毫米的拉拔模具中拉過，使繩索的外徑減??；再將材料加熱達到1200攝氏度，保溫燒結2小時，使絲材之間冶金結合，制造獲得表層為316不銹鋼、內部為45鋼的棒材料。
[0058]以上所述實施例子只為本發(fā)明較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種長纖維復合材料的制備方法，其特征在于:將至少兩種不同的長纖維絲材進行緊密編織，構織成編織體，其中，當該兩種不同的長纖維絲材均為金屬長纖維絲材時，要求其中一種金屬長纖維絲材構成編織體的金屬纖維基體，而另一種金屬長纖維絲材編織在金屬纖維基體的表面，然后再使金屬長纖維絲材之間實現(xiàn)冶金結合，最終便可制造獲得所需的織構復合材料；當該兩種不同的長纖維絲材分別為金屬長纖維絲材和非金屬長纖維絲材時，要求金屬長纖維絲材構成編織體的金屬纖維基體，而非金屬長纖維絲材編織在金屬纖維基體的表面，然后再使金屬長纖維絲材之間實現(xiàn)冶金結合，最終便可制造獲得所需的基體為金屬長纖維、表面為非金屬長纖維的織構復合材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種長纖維復合材料的制備方法，其特征在于:當該兩種不同的長纖維絲材分別為金屬長纖維絲材和非金屬長纖維絲材時，金屬長纖維絲材之間的冶金結合可通過對編織體進行加熱燒結實現(xiàn)，而燒結溫度需在金屬長纖維絲材的燒結溫度范圍內，并低于非金屬長纖維絲材的燒結溫度，從而保證在燒結編織體時非金屬長纖維絲材不會被燒結。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種長纖維復合材料的制備方法，其特征在于:通過塑性壓力加工壓縮所述編織體，使金屬纖維基體致密化。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種長纖維復合材料的制備方法，其特征在于:所述塑性壓力加工對于室溫條件下易于塑性變形的金屬進行冷塑性壓力加工；而對于室溫條件下難于塑性變形的金屬，則需在金屬的熱塑性加工溫度范圍內進行，即先對金屬長纖維絲材編織而成的編織體進行加熱，達到金屬的熱塑性加工溫度后，再對編織體進行塑性壓力加工。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種長纖維復合材料的制備方法，其特征在于:通過對金屬纖維基體表面的非金屬長纖維絲材浸滲熱固化流體材料或冷固化流體材料，固化后使非金屬長纖維絲材固為一整體。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種長纖維復合材料的制備方法，其特征在于:將熱固化流體材料或冷固化流體材料浸滲非金屬長纖維絲材時，可對熱固化流體材料或冷固化流體材料施加超聲波，提高浸滲效率。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種長纖維復合材料的制備方法，其特征在于:所述非金屬長纖維絲材有陶瓷纖維、碳纖維或石英纖維。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種長纖維復合材料的制備方法，其特征在于:所述編織體為棒、管、型材、板狀或塊狀。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種長纖維復合材料的制備方法，其特征在于:所述復合材料為棒材、管材、型材、板材或塊體材料。
10.根據(jù)權利要求3或4所述的一種長纖維復合材料的制備方法，其特征在于:所述塑性壓力加工有鍛壓、擠壓、拉拔、或軋制。
【文檔編號】B32B15/02GK104228193SQ201410338700
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權日:2014年7月16日
【發(fā)明者】周照耀, 吳菲 申請人:華南理工大學