專利名稱：一種連續(xù)纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料制備技術(shù)，涉及一種連續(xù)纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料制備
方法。
背景技術(shù)：
目前，SiCf/Ti復(fù)合材料的制備成本高，影響材料性能的因素多，性能具有分散 性，是鈦基復(fù)合材料制備所面臨的主要問題，也是其發(fā)展的一個(gè)瓶頸，鈦基復(fù)合材料之所以 應(yīng)用范圍不廣泛，其中一個(gè)重要原因是還沒有開發(fā)出一種低成本、性能穩(wěn)定的制備方法。 箔_纖維_箔方法是一種常用的SiCf/Ti復(fù)合材料制備方法，這種方法具有工藝簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè) 備要求低、效率高、可以制備大尺寸構(gòu)件等優(yōu)點(diǎn)。在NASP(NationalAero-Space Plane即 X-30)計(jì)劃中，美國(guó)的Textron公司采用箔-纖維-箔方法制備了單級(jí)入軌器的SiCf/Ti復(fù) 合材料耐高溫面板和蒙皮。為了實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)研究計(jì)劃，Textron公司專門建造了大型專用廠 房，月生產(chǎn)能力可以達(dá)到40塊SiCf/Ti蒙皮(1. 2mX3. 2m)，以及400條帽形加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。
在現(xiàn)有的箔-纖維-箔制備方法中，纖維布制備有兩種方法
1.編織法，用不銹鋼絲將纖維編織成布； 2.纏繞法，將纖維纏繞到滾筒上，刷臨時(shí)粘結(jié)膠固定后取下，切割成纖維布；
這兩種方法存在以下不足 1.復(fù)合后的材料中纖維排布不均勻嚴(yán)重影響了復(fù)合材料的性能； 2.纖維百分?jǐn)?shù)較低，纖維百分?jǐn)?shù)一般只能達(dá)到30%左右； 3.在制造局部纖維增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)件時(shí)，難于實(shí)現(xiàn)纖維的精確定位； 4.采用不銹鋼絲固定纖維，引入了不銹鋼絲對(duì)纖維/基體界面產(chǎn)生不利的影響； 5.在復(fù)合過程中，纖維容易發(fā)生游動(dòng)，相鄰纖維會(huì)接觸在一起或者會(huì)導(dǎo)致纖維間
距不均勻，從而降低復(fù)合材料的性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有箔_纖維_箔方法存在的不足，本發(fā)明的目的提出一種新型的箔材刻槽 法制備SiCf/Ti復(fù)合材料，本發(fā)明的技術(shù)解決方案 (1)在箔材表面需要增強(qiáng)的部位依據(jù)纖維百分?jǐn)?shù)照像、化銑刻槽； (2)箔材表面化洗，去除表面的感光材料及其它雜質(zhì)； (3)在箔材表面的每個(gè)凹槽排布一根纖維，多根排布的纖維形成纖維布； (4)在纖維表面臨時(shí)粘結(jié)膠帶，將纖維固定在箔材的凹槽中； (5)將排布有纖維的箔材疊層，疊層后的箔材和纖維交錯(cuò)排布； (6)在真空度為IX 10—卞a，溫度為40(TC條件下，保溫4h，將纖維表面臨時(shí)粘結(jié)的
膠帶除去； (7)將去除了臨時(shí)粘結(jié)膠帶的箔材和纖維經(jīng)真空封裝后進(jìn)行封焊；
(8)熱等靜壓，工藝參數(shù)為920。C /100MPa/lh ;
(9)用高壓水在預(yù)制件上切取鈦基復(fù)合材料面板。 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，采用新型箔材刻槽法制備鈦基復(fù)合材料具有如下 進(jìn)步點(diǎn) 1.在復(fù)合工藝過程中，采用在表面刻槽和粘結(jié)臨時(shí)粘結(jié)膠帶的方法，可以防止纖 維在復(fù)合工藝過程中發(fā)生游動(dòng)，從而獲得纖維排布均勻的復(fù)合材料。臨時(shí)粘結(jié)劑在固定纖 維布的同時(shí)，還可以很好地實(shí)現(xiàn)相鄰箔材和纖維布的固定和定位，防止其在制備過程中發(fā) 生錯(cuò)動(dòng)，從而制備出性能優(yōu)良的復(fù)合材料； 2.箔材的表面通過化銑的方法蝕刻出了很多凹槽，與傳統(tǒng)的箔-纖維-箔方法，基 體金屬的含量進(jìn)一步降低，從而提高了纖維百分?jǐn)?shù)； 3.對(duì)于制造局部纖維增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料構(gòu)件，可以采用選區(qū)照相化銑的方法，
在箔材的局部刻槽，很容易實(shí)現(xiàn)纖維布在箔材表面的鋪覆和固定； 4.不需要專用的設(shè)備進(jìn)行纖維編織和纖維纏繞，工藝操作簡(jiǎn)單，成本較低；


圖1是本發(fā)明原理示意圖，其中，A是復(fù)合前，纖維放入凹槽后的排布示意圖，B是 復(fù)合后的復(fù)合材料的橫斷面示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例箔材刻槽示意圖，其中，A是實(shí)施例一層箔材刻槽示意圖，B是 實(shí)施例中另 一層箔材刻槽示意圖。
具體實(shí)施例方式
(1)在箔材2表面需要增強(qiáng)的部位依據(jù)纖維百分?jǐn)?shù)照像、化銑刻槽，槽間距為 0. 2mm ; (2)箔材2表面化洗，去除表面的感光材料及其它雜質(zhì)； (3)在箔材2表面的每個(gè)凹槽排布一根纖維1 ; (4)在纖維1表面粘結(jié)3M公司的9458臨時(shí)粘結(jié)膠帶3，將纖維1固定在箔材2的 凹槽中； (5)將排布有纖維1的箔材2疊層，疊層后的箔材2和纖維1交錯(cuò)排布； (6)在真空度為IX 10—卞a，溫度為40(TC條件下，保溫4h，將纖維表面臨時(shí)粘結(jié)的
膠帶3除去； (7)將去除了臨時(shí)粘結(jié)膠帶3的箔材2和纖維1經(jīng)真空封裝后進(jìn)行封焊； (8)熱等靜壓，熱等靜壓工藝參數(shù)為920。C /100MPa/lh ; (9)用高壓水在預(yù)制件上切取鈦基復(fù)合材料面板。 實(shí)施例一 (1)在箔材表面需要增強(qiáng)的部位依據(jù)纖維百分?jǐn)?shù)照像、化銑刻槽，槽間距為 0.2mm，其中一層箔材表面的凹槽與短邊呈15°夾角，另 一層箔材表面的凹槽與短邊
呈_15° ; (2)箔材表面化洗，去除表面的感光材料及其它雜質(zhì)； (3)在箔材表面的每個(gè)凹槽排布一根纖維； (4)在纖維表面臨時(shí)粘結(jié)3M公司的9458粘結(jié)膠帶，將纖維固定在箔材的凹槽中；
4
(5)機(jī)械加工A3鋼的空心內(nèi)包套；
(6)機(jī)械加工A3鋼的外包套； (7)將排布有纖維的兩層箔材疊層，疊層后的箔材和纖維交錯(cuò)排布；
(8)將疊層后的箔材和纖維布緊密纏繞到A3鋼的空心內(nèi)包套上；
(9)在纏繞后的箔材和纖維布的外面套A3鋼外包套；
(10)將內(nèi)外包套的兩端封焊在一起； (11)在真空度為1X10—卞a，溫度為40(TC條件下，保溫4h，將纖維表面臨時(shí)粘結(jié)的 膠帶除去； (12)在除氣后的預(yù)制件上，焊接上抽氣管，抽真空至1.0X10—卞a時(shí)，對(duì)預(yù)制件進(jìn) 行封裝，并封焊進(jìn)氣管口 ； (13)熱等靜壓，工藝參數(shù)為920。C /100MPa/lh ; (14)用高壓水切割和機(jī)械加工的方法，在熱等靜壓復(fù)合后的預(yù)制件上加工出鈦基 復(fù)合材料傳動(dòng)軸模擬件。
權(quán)利要求
一種連續(xù)纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料制備方法，其特征是，(1)在箔材表面需要增強(qiáng)的部位依據(jù)纖維百分?jǐn)?shù)照像、化銑刻槽；(2)箔材表面化洗，去除表面的感光材料及其它雜質(zhì)，(3)在箔材表面的每個(gè)凹槽排布一根纖維；(4)在纖維表面臨時(shí)粘結(jié)膠帶，將纖維固定在箔材的凹槽中；(5)將排布有纖維的箔材疊層，疊層后的箔材和纖維交錯(cuò)排布；(6)在真空度為1×10-3Pa，溫度為400℃條件下，保溫4h，將纖維表面臨時(shí)粘結(jié)的膠帶除去；(7)將去除了臨時(shí)粘結(jié)膠帶的箔材和纖維經(jīng)真空封裝后進(jìn)行封焊；(8)熱等靜壓，工藝參數(shù)為920℃/100MPa/lh；(9)用高壓水在預(yù)制件上切取鈦基復(fù)合材料面板。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料制備技術(shù)，涉及一種連續(xù)纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料制備方法。本發(fā)明在復(fù)合工藝過程中，采用在表面刻槽和粘結(jié)臨時(shí)粘結(jié)膠帶的方法，可以防止纖維在復(fù)合工藝過程中發(fā)生游動(dòng)，從而獲得纖維排布均勻的復(fù)合材料。臨時(shí)粘結(jié)劑在固定纖維布的同時(shí)，還可以很好地實(shí)現(xiàn)相鄰箔材和纖維布的固定和定位，防止其在制備過程中發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，從而制備出性能優(yōu)良的復(fù)合材料；箔材的表面通過化銑的方法蝕刻出了很多凹槽，與傳統(tǒng)的箔-纖維-箔方法，基體金屬的含量進(jìn)一步降低，從而提高了纖維百分?jǐn)?shù)；對(duì)于制造局部纖維增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料構(gòu)件，可以采用選區(qū)照相化銑的方法，在箔材的局部刻槽，很容易實(shí)現(xiàn)纖維布在箔材表面的鋪覆和固定。
文檔編號(hào)C22C49/11GK101787505SQ20101010937
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
發(fā)明者侯紅亮, 廖金華, 趙冰 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所