CN101787505B - 一种连续纤维增强钛基复合材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属基复合材料制备技术，涉及一种连续纤维增强钛基复合材料制备方法。本发明在复合工艺过程中，采用在表面刻槽和粘结临时粘结胶带的方法，可以防止纤维在复合工艺过程中发生游动，从而获得纤维排布均匀的复合材料。临时粘结剂在固定纤维布的同时，还可以很好地实现相邻箔材和纤维布的固定和定位，防止其在制备过程中发生错动，从而制备出性能优良的复合材料；箔材的表面通过化铣的方法蚀刻出了很多凹槽，与传统的箔-纤维-箔方法，基体金属的含量进一步降低，从而提高了纤维百分数；对于制造局部纤维增强的钛基复合材料构件，可以采用选区照相化铣的方法，在箔材的局部刻槽，很容易实现纤维布在箔材表面的铺覆和固定。
Description
技术领域
本发明属于金属基复合材料制备技术，涉及一种连续纤维增强钛基复合材料制备方法。
背景技术
目前，SiCf/Ti复合材料的制备成本高，影响材料性能的因素多，性能具有分散性，是钛基复合材料制备所面临的主要问题，也是其发展的一个瓶颈，钛基复合材料之所以应用范围不广泛，其中一个重要原因是还没有开发出一种低成本、性能稳定的制备方法。箔-纤维-箔方法是一种常用的SiCf/Ti复合材料制备方法，这种方法具有工艺简单、对设备要求低、效率高、可以制备大尺寸构件等优点。在NASP(NationalAero-Space Plane即X-30)计划中，美国的Textron公司采用箔-纤维-箔方法制备了单级入轨器的SiCf/Ti复合材料耐高温面板和蒙皮。为了实现这项研究计划，Textron公司专门建造了大型专用厂房，月生产能力可以达到40块SiCf/Ti蒙皮(1.2m×3.2m)，以及400条帽形加强筋结构。
在现有的箔-纤维-箔制备方法中，纤维布制备有两种方法：
1.编织法，用不锈钢丝将纤维编织成布；
2.缠绕法，将纤维缠绕到滚筒上，刷临时粘结胶固定后取下，切割成纤维布；
这两种方法存在以下不足：
1.复合后的材料中纤维排布不均匀严重影响了复合材料的性能；
2.纤维百分数较低，纤维百分数一般只能达到30％左右；
3.在制造局部纤维增强的结构件时，难于实现纤维的精确定位；
4.采用不锈钢丝固定纤维，引入了不锈钢丝对纤维/基体界面产生不利的影响；
5.在复合过程中，纤维容易发生游动，相邻纤维会接触在一起或者会导致纤维间距不均匀，从而降低复合材料的性能。
发明内容
针对现有箔-纤维-箔方法存在的不足，本发明的目的提出一种新型的箔材刻槽法制备SiCf/Ti复合材料，本发明的技术解决方案：
(1)在箔材表面需要增强的部位依据纤维百分数照像、化铣刻槽；
(2)箔材表面化洗，去除表面的感光材料及其它杂质；
(3)在箔材表面的每个凹槽排布一根纤维，多根排布的纤维形成纤维布；
(4)在纤维表面临时粘结胶带，将纤维固定在箔材的凹槽中；
(5)将排布有纤维的箔材叠层，叠层后的箔材和纤维交错排布；
(6)在真空度为1×10-3Pa，温度为400℃条件下，保温4h，将纤维表面临时粘结的胶带除去；
(7)将去除了临时粘结胶带的箔材和纤维经真空封装后进行封焊；
(8)热等静压，工艺参数为：920℃/100MPa/1h；
(9)用高压水在预制件上切取钛基复合材料面板。
本发明具有的优点和有益效果，采用新型箔材刻槽法制备钛基复合材料具有如下进步点：
1.在复合工艺过程中，采用在表面刻槽和粘结临时粘结胶带的方法，可以防止纤维在复合工艺过程中发生游动，从而获得纤维排布均匀的复合材料。临时粘结剂在固定纤维布的同时，还可以很好地实现相邻箔材和纤维布的固定和定位，防止其在制备过程中发生错动，从而制备出性能优良的复合材料；
2.箔材的表面通过化铣的方法蚀刻出了很多凹槽，与传统的箔-纤维-箔方法，基体金属的含量进一步降低，从而提高了纤维百分数；
3.对于制造局部纤维增强的钛基复合材料构件，可以采用选区照相化铣的方法，在箔材的局部刻槽，很容易实现纤维布在箔材表面的铺覆和固定；
4.不需要专用的设备进行纤维编织和纤维缠绕，工艺操作简单，成本较低；
附图说明
图1是本发明原理示意图，其中，A是复合前，纤维放入凹槽后的排布示意图，B是复合后的复合材料的横断面示意图；
图2是本发明实施例箔材刻槽示意图，其中，A是实施例一层箔材刻槽示意图，B是实施例中另一层箔材刻槽示意图。
具体实施方式：
(1)在箔材2表面需要增强的部位依据纤维百分数照像、化铣刻槽，槽间距为0.2mm；
(2)箔材2表面化洗，去除表面的感光材料及其它杂质；
(3)在箔材2表面的每个凹槽排布一根纤维1；
(4)在纤维1表面粘结3M公司的9458临时粘结胶带3，将纤维1固定在箔材2的凹槽中；
(5)将排布有纤维1的箔材2叠层，叠层后的箔材2和纤维1交错排布；
(6)在真空度为1×10-3Pa，温度为400℃条件下，保温4h，将纤维表面临时粘结的胶带3除去；
(7)将去除了临时粘结胶带3的箔材2和纤维1经真空封装后进行封焊；
(8)热等静压，热等静压工艺参数为：920℃/100MPa/1h；
(9)用高压水在预制件上切取钛基复合材料面板。
实施例一
(1)在箔材表面需要增强的部位依据纤维百分数照像、化铣刻槽，槽间距为0.2mm，其中一层箔材表面的凹槽与短边呈15°夹角，另一层箔材表面的凹槽与短边呈-15°；
(2)箔材表面化洗，去除表面的感光材料及其它杂质；
(3)在箔材表面的每个凹槽排布一根纤维；
(4)在纤维表面临时粘结3M公司的9458粘结胶带，将纤维固定在箔材的凹槽中；
(5)机械加工A3钢的空心内包套；
(6)机械加工A3钢的外包套；
(7)将排布有纤维的两层箔材叠层，叠层后的箔材和纤维交错排布；
(8)将叠层后的箔材和纤维布紧密缠绕到A3钢的空心内包套上；
(9)在缠绕后的箔材和纤维布的外面套A3钢外包套；
(10)将内外包套的两端封焊在一起；
(11)在真空度为1×10-3Pa，温度为400℃条件下，保温4h，将纤维表面临时粘结的胶带除去；
(12)在除气后的预制件上，焊接上抽气管，抽真空至1.0×10-3Pa时，对预制件进行封装，并封焊进气管口；
(13)热等静压，工艺参数为：920℃/100MPa/1h；
(14)用高压水切割和机械加工的方法，在热等静压复合后的预制件上加工出钛基复合材料传动轴模拟件。
Claims (1)
1.一种连续纤维增强钛基复合材料制备方法，其特征是，
(1)在箔材表面需要增强的部位依据纤维百分数照像、化铣刻槽；
(2)箔材表面化洗，去除表面的感光材料及其它杂质，
(3)在箔材表面的每个凹槽排布一根纤维；
(4)在纤维表面临时粘结胶带，将纤维固定在箔材的凹槽中；
(5)将排布有纤维的箔材叠层，叠层后的箔材和纤维交错排布；
(6)在真空度为1×10-3Pa，温度为400℃条件下，保温4h，将纤维表面临时粘结的胶带除去；
(7)将去除了临时粘结胶带的箔材和纤维经真空封装后进行封焊；
(8)热等静压，工艺参数为：920℃/100MPa/1h；
(9)用高压水在预制件上切取钛基复合材料面板。
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