CN105127428A - 一种SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件及其制备方法，属于复合材料制备技术领域。所述管轴件的Ti合金管壁中设有变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层，所述变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层包含三层以上的SiC纤维层，SiC纤维层内的SiC纤维轴向与管轴件轴向的夹角介于-90°～90°之间；本发明管轴件的纤维增强角度实现了变角度可调，变角度增强方式有效降低了管轴的各向异性程度，提高了复合材料管轴的扭曲刚度、横向刚度和抗冲击能力，有利于拓展SiC_f/Ti基复合材料管轴件的应用范围。

Description

一种SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件及其制备方法。

背景技术

以连续SiC纤维增强Ti基复合材料(SiC_f/Ticomposites,TMCs)为主要代表的金属基复合材料在航空发动机及其它航空、航天领域的应用潜力已明显呈现出急速上升的趋势，据美国航空航天及宇航总署的预测，未来航空发动机用材料中，Ti基复合材料约占45％，多种部件将使用TMCs。TMCs具有高比强度、高比刚度、良好的耐高温及抗蠕变、抗疲劳性能，是理想的高温轻质结构材料。现已研制的航空发动机TMCs部件代替原有Ti合金部件，减重效果可达30％～40％，并且其疲劳寿命及耐久性能都得将得到大幅提升。

当前关于SiC纤维增强Ti基复合材料结构件的制备方法主要有箔-纤维-箔(FFF)法、涂敷基体的先驱带(MCM)法；基体涂敷的先驱丝(MCF)法。其中FFF法因制备工艺简单而应用最多，但是其缺点也非常明显，如Ti合金箔制备困难，复合材料中纤维排布不规则，应用领域仅限于板材等；MCM法在喷涂过程中高温高速的基体粒子可能造成纤维表面的损伤，并且设备价格昂贵也限制了它的推广使用；MCF法在近年来受各国研究者的青睐，它的优点是基体种类不受限制，纤维的体积分数可控，先驱丝易弯可编织，因此特别适合于制备形状复杂的部件。

航空发动机及其它航空、航天领域中Ti合金薄壁管或长轴是应用较多的一类结构件，不同的服役环境决定了其不同的受力状态，其受力方向也不仅局限于沿结构件轴向或径向，例如从抗弯、抗扭性能，对偏轴向45°或135°的承载能力则要求更高，若SiC纤维沿这两个方向缠绕就能够显著增强该方向的力学能，因此SiC纤维多角度增强Ti基复合材料管轴件是非常具有实际意义的。然而，变角度的增强方向对纤维的缠绕工艺及整个TMCs管轴件的制备方法提出了新的考验。少数一些尚未公开发行的资料显示，通过数控缠绕机完成先驱丝90°多层缠绕，进而可以制备SiC纤维增强Ti基复合材料的简单轴件，然而这种构件的纤维增强角度垂直于构件轴向，其抗剪切及抗扭转性能极差，实际意义不大。如果利用精密缠绕机直接进行-90°～90°变角度单丝缠绕，理论上无法实现整层先驱丝的致密化，另外多股先驱丝胶粘连续制带的工艺也尚未取得突破。因此，通过精密缠绕机直接完成先驱丝多角度致密化缠绕制备TMCs管轴的工艺路线在目前是行不通的，亟需一种新方法来达到制备SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件的目的。

发明内容

为了提高现有Ti合金管轴件的抗扭转、抗弯曲、抗疲劳等力学性能，并能满足不同服役条件下Ti合金管轴件的受力要求，本发明的目的在于提供一种SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件；本发明的另一个目的在于提供一种SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件，该管轴件的Ti合金管壁中设有变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层，所述变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层包含三层以上的SiC纤维层，SiC纤维层内的SiC纤维轴向与管轴件轴向的夹角介于-90°～90°之间(不包含±90°)；所述变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层中SiC纤维的体积分数为10％～80％。

所述SiC纤维层的层内及层间相邻SiC纤维之间被Ti合金隔离(SiC纤维之间不相互接触)；每一SiC纤维层内的所有SiC纤维轴向均相同，不同层内的SiC纤维轴向可以相同也可以不同。

所述变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层垂直于管轴件轴向的截面为环形，变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层的周围完全被Ti合金包裹。

上述SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件的制备方法，包括以下步骤：

(1)以清洁的连续SiC纤维为基材，Ti合金为靶材，采用磁控溅射技术制备圆度均匀的SiC_f/Ti基复合材料先驱丝；磁控溅射工艺参数为：靶-基距离为10～150mm，溅射功率为200～4000W，溅射时间5～30h；

(2)利用精密绕线机将先驱丝排布成致密的条形单层板，先驱丝间用粘结剂连接，其中先驱丝单层板长度方向与其中的纤维轴向方向一致；

该步骤中，将先驱丝排布成单层板的工艺为：精密绕线机转速为15转/分钟～30转/分钟；先驱丝间距为先驱丝直径的80-100％；先驱丝张力控制在1.29×10^-3N·m～2.06×10^-3N·m，所采用的粘结剂是将聚苯乙烯和二甲苯按照1:(5～10)的重量比混合并溶解制得；

(3)将先驱丝单层板裁剪为平行四边形的缠绕板，其中：首层缠绕板紧密地卷裹在Ti合金内套管上，保证内套管外壁完全被包裹，无遗漏、无重叠，再利用罗纹粘纸固定住先驱丝缠绕板的两端。第二层缠绕板再紧密卷裹在首层缠绕板上，紧密地包裹在前一层缠绕板中未被罗纹粘纸覆盖的区域，同样保证缠绕区域无遗漏、无重叠，再利用罗纹粘纸固定该层缠绕板的两端；然后再按同样方式卷裹下一层，直至达到所需层数。

其中，裁剪缠绕板时，平行四边形缠绕板的一组平行边与纤维轴向一致，缠绕板卷裹Ti合金内套管时，缠绕角度θ为-90°～90°之间，所述缠绕角度θ是该层缠绕板中纤维轴向与所述管轴件轴向的夹角，每层缠绕板的缠绕角度与该层缠绕板的平行四边形的锐角夹角α互为余角；

首层缠绕板的规格可由如下公式(1)计算：

L₁＝L₀/cosθ₁，d₁＝π·D₀·cosθ₁(1)；

公式(1)中：L₀为首层缠绕板卷裹Ti合金内管长度，L₁为与纤维轴向一致的一组平行边长度，d₁为首层缠绕板的宽度(即与纤维轴向一致的一组平行边之间的距离)，D₀为Ti合金内管外径，θ₁为首层缠绕板中纤维与管轴件轴向的夹角，即首层缠绕板的缠绕角度；

第i层缠绕板的规格可由如下公式(2)计算：

L_i＝L_i-1/cosθ_i(i＝2,3……n-1,n)，d_i＝π·D_i-1·cosθ_i(i＝2,3……n-1,n)(2)；

公式(2)中：L_i-1为第i层缠绕板卷裹其前一层的长度，L_i为与该层缠绕板中纤维轴向一致的一组平行边长度，d_i为第i层缠绕板的宽度(即与纤维轴向一致的一组平行边之间的距离)，D_i-1为第i-1层缠绕板外径，θ_i为第i层缠绕板中纤维与管轴件轴向的夹角，即第i层缠绕板的缠绕角度。

(4)缠绕板达到所需卷裹层数后，利用尼龙扎带分段箍住最外层的缠绕层，其中尼龙扎带使用间距10mm～20mm；

(5)沿着最外层缠绕板的罗纹纸包裹区边界，利用截管器将全部缠绕层的两端头切断，依次去除各层缠绕层中的罗纹纸包裹部分，漏出Ti合金内管两端的外壁；

(6)将两个Ti合金套管堵头分别套在Ti合金内管两端，再将上述整体缓慢塞进Ti合金外套管，装塞过程逐步拆除尼龙扎带，其中套管堵头长度等于Ti合金内管两端漏出外壁区域的长度，套管堵头壁厚为全部先驱丝缠绕层总厚度加0.05～0.1mm；

(7)对复合材料管轴件进行高温真空热处理，去除先驱丝之间的粘结剂，再进行电子束密封，最后热等静压成型使内部先驱丝致密化。

去除粘结剂在真空热处理炉中进行，真空加热至300～500℃，恒温60～180min即可。热等静压依据不同Ti合金套管及基体种类调整工艺参数，温度为850～950℃，压力为80～180MPa，恒温恒压时间为60～240min。

本发明设计原理如下：

本发明选用磁控溅射技术制备SiC/Ti基复合材料先驱丝，该技术适合于溅射任何一种Ti合金基体，使复合材料基体种类不受限制。通过改变磁控溅射的时间调整与功率，可调整纤维体积分数，进而为后续复合材料管轴件的力学性能设计提供宽泛的调节范围。

理论上，若某种丝带能够在直径为D、长度为L的平头圆管轴上实现按一定角度θ(-90°＜θ＜90°)的致密化缠绕，则该丝带在展开后一定为平行四边形，如图4所示。该平行四边形的两组对边中有一组沿着纤维轴向，另一组则与纤维轴向存在一定夹角α(锐角)，该夹角与缠绕角度θ互为余角。其中，与丝带轴向夹角为α的一组对边在缠绕后整好围绕管轴端面一周，因此，这组对边长度等于管轴的周长π·D。另一组沿着丝带轴向的对边，其长度s可根据缠绕前后丝带表面积不变的原则计算：s＝L/cosθ，其间距，即丝带的直径或宽度d可根据直角三角形的边角关系计算得出：d＝π·D·cosθ，这个公式表明，当确定了缠绕直径和缠绕角度以后，若要实现丝带完整地、无遗漏地、无重叠地缠绕整个管轴表面，则丝带的直径或宽度只能是一个固定值。然而，SiC_f/Ti基复合材料先驱丝的直径通常在110μm～300μm之间，按上述理论计算，缠绕先驱丝单丝则不可能实现直径在厘米量级以上的管轴件的致密化缠绕，因此，先驱丝多角度致密化缠绕过程必须分为先驱丝带的制备和先驱丝带的缠绕两个步骤。

其中先驱丝带的制备，即制备长度、宽度足尺寸的致密化先驱丝单层板，该过程中通过适量调节缠绕张力使先驱丝完全拉直但不造成先驱丝表面损伤，调整从动轴的节距略低于先驱丝直径，保证先驱丝之间完全致密，没有缝隙，采用聚苯乙烯和二甲苯调配得到的胶黏剂使致密排布的先驱丝定型成单层板，以便于后续裁剪和缠绕，这种胶黏剂在后续热处理过程中能够被完全去除，不会向复合材料中引入其它杂质。

先驱丝带的缠绕，即裁剪平行四边形先驱丝缠绕板，以及将缠绕板完整地、无遗漏地、无重叠的卷裹在管轴表面。其中关键是平行四边形缠绕板的裁剪，按照上面丝带缠绕理论，只需要计算沿纤维轴向的这组对边的长度s和间距d，以及两组对边的锐角夹角α，即可确定所要裁剪的平行四边形尺寸。但由于每卷裹一层先驱丝缠绕板后管轴直径都会增加，并且卷裹过程中人为因素造成松紧度不可控，因此，每缠绕一层板后，需要重新多点测量管轴外径，进而确定新的平行四边形尺寸s、d、α。另外，先驱丝缠绕板在卷裹过程中还存在着易开裂和难固定的问题。缠绕板裁剪完成后，用罗纹纸对与纤维轴向夹角为α的一组对边进行包边，包边宽度≤10mm，然后再进行卷裹则可以有效避免先驱丝缠绕板开裂，紧密卷裹后，被罗纹纸包边的位置正好处于管轴的两个端头，此时再次利用罗纹纸在包边的区域进行缠绕，这样先驱丝缠绕板则被结实的固定在管轴表面，从而可以进行下一层缠绕。完成全部先驱丝缠绕层的卷裹工作后，利用尼龙扎带捆绑住最外层的先驱丝缠绕层，则内部各缠绕层均可以被紧密束缚，那么管轴两端罗纹纸的固定作用失去意义，可被清除。

由于SiC_f/Ti基复合材料先驱丝抗剪切能力差，利用金属截管器即可轻松的切断各先驱丝缠绕层，进而可拆除两端被罗纹纸包边和固定的部分先驱丝缠绕层。拆除后管轴的两端露出Ti合金表面，利用Ti合金堵头套管和外套管封装后，SiC_f/Ti基复合材料中间层位于管轴长度方向的中部和径向的中间区域，能够有效的起到对Ti合金管轴的增强效果。另外，管轴的内、外壁和两端则均是Ti合金，既可以加工螺纹、又可以与同种Ti合金焊接，从而使该SiC纤维多角度增强Ti基复合材料管轴件具有作为连接构件的功用。

本发明具有如下优点：

1.采用本发明研制的SiC纤维多角度增强Ti基复合材料管轴件可以大幅提高Ti合金管轴件的力学性能，例如抗拉、抗压、抗疲劳、耐久性等，另外，SiC纤维密度约3.4g/cm³，Ti合金密度约4.5g/cm³，SiC_f/Ti基复合材料的加入能够有效降低管轴的质量，有利于实现航空、航天飞行器的设计减重。

2.采用本发明研制的SiC纤维多角度增强Ti基复合材料管轴件的纤维增强角度实现了变角度可调，变角度增强方式有效降低了管轴的各向异性程度，提高了复合材料管轴的扭曲刚度、横向刚度和抗冲击能力，有利于拓展SiC_f/Ti基复合材料管轴件的应用范围。

3.采用本发明研制的SiC纤维多角度增强Ti基复合材料管轴件实现了力学性能可设计，通过变化SiC_f/Ti基复合材料中纤维体积分数、先驱丝缠绕角度、缠绕层数，可以有针对性的根据管轴件受力状况设计材料。

4.采用本发明研制的SiC纤维多角度增强Ti基复合材料管轴件的内壁、外壁和两端均为Ti合金，既可加工螺纹、又可与同类Ti合金进行焊接，从而使该SiC纤维多角度增强Ti基复合材料管轴件具有作为连接构件的功用。

5.本发明中SiC纤维多角度增强Ti基复合材料管轴件的制备方法解决了SiC_f/Ti基复合材料先驱丝无法直接多角度致密化缠绕管轴的难题，实现了SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件的设计目的。

6.本发明中SiC纤维多角度增强Ti基复合材料管轴件的制备方法适用于大多数种类的Ti合金基体材料，如高温Ti合金(Ti55、Ti60等)、金属间化合物(Ti₂AlNb、TiAl)、常见Ti合金(TC17、Ti6246等)等，扩大了SiC_f/Ti基复合材料管轴件的应用范围。

附图说明

图1为本发明中一种SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件剖面结构简图；

图2为本发明中先驱丝缠绕板卷裹管轴后的状态示意图；

图3为本发明中去除罗纹粘纸后卷轴的状态示意图；

图4为本发明中确定先驱丝缠绕板的裁剪尺寸及实现致密化缠绕原理图。

图中：1-Ti合金管壁；2-变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层；3-罗纹粘纸；4-缠绕板；5-尼龙扎带；6-Ti合金内套管管壁。

具体实施方式

下面结合附图及实施例详述本发明。

如图1所示，本发明SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件的Ti合金管壁1中设有变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层2，所述变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层2包含三层以上的SiC纤维层，SiC纤维层内的SiC纤维轴向与管轴件轴向的夹角介于-90°～90°之间(不包含±90°)；所述变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层中SiC纤维的体积分数为10％～80％。所述管轴件按照如下步骤制备：(1)制备圆度均匀的SiC_f/Ti基复合材料先驱丝；(2)将先驱丝沿SiC纤维轴向排布成致密的单层板；(3)逐层将先驱丝单层板裁剪为平行四边形的先驱丝缠绕板，并卷裹在Ti合金内套管上；(4)去除内套管两端多余的各层先驱丝缠绕板，装配Ti合金堵头套管和外套管；(5)高温真空条件去除先驱丝粘结剂，密封后利用热等静压致密化成型。

实施例1

SiC_f/TC17复合材料[45°,-45°]₃管轴件的制备步骤和工艺如下所述：

1)利用酒精清洗连续SiC纤维表面，然后将纤维缠绕在磁控溅射设备的样品架上，装入磁控溅射设备中，采用TC17钛合金靶材；机械泵、分子泵预抽真空室，真空度优于1×10^-3Pa后，加热500℃烘烤真空室，当真空度达到要求后，通入流动Ar气，转动样品架转速为20转/分钟，启动溅射电源，开始磁控溅射生产SiC/TC17先驱丝，靶-基距离为30mm，单靶溅射功率1500W，磁控溅射时间为12小时，溅射结束后降至室温，取出先驱丝，先驱丝直径140μm，镀层厚度均匀、圆度优良、纤维占先驱丝的体积分数为50％。

2)利用西北机器有限公司生产的Z8008-6/ZF精密绕线机将先驱丝缠绕到外壁光滑的圆筒上，设置主动轴转速15转/分钟，从动轴节距为130μm，张力为1.50×10^-3N·m，实时控制先驱丝紧密排列，排布完成后，用粘结剂涂覆在先驱丝表面，粘结剂是将聚苯乙烯和二甲苯以1：8的重量比例充分混合并溶解得到的，烘干后固定成先驱丝单层板；

(3)根据Ti合金内套管长度220mm，外径35mm，缠绕角度45°，计算首层先驱丝缠绕板尺寸为：沿纤维轴向的一组对边长度为311.1mm，间距(沿纤维轴向一组对边的距离)为77.8mm，平行四边形锐角夹角45°。利用刻刀和角度尺按计算尺寸裁剪首层先驱丝缠绕板，再利用罗纹粘纸3对与纤维轴向成45°的一组对边进行包边，包边宽度10mm，然后将该组对边沿着内套管端面的周向卷裹首层先驱丝缠绕板，使其紧密地卷裹在Ti合金内套管上，卷裹后内套管外壁完全被包裹，无遗漏、无重叠。最后利用罗纹粘纸缠住先前被罗纹纸包边10mm宽区域，使缠绕板4被结实的固定在内套管上，卷裹过程如图2所示。

(4)利用卡尺测量卷裹首层先驱丝缠绕板后内套管的外径35.4mm，除去套管两端粘纸所占长度后次层可缠绕长度200mm，次层缠绕角度-45°，则计算次层先驱丝缠绕板尺寸为：沿纤维轴向的一组对边长度为282.8mm，间距为78.6mm，平行四边形余角夹角45°。利用壁纸刀和角度尺按计算尺寸裁剪次层先驱丝缠绕板，再利用罗纹纸对与纤维轴向成45°的一组对边进行包边，包边宽度10mm，此后卷裹过程同步骤(3)。

(5)按照45°、-45°、45°、-45°的缠绕顺序重复步骤(4)直至先驱丝缠绕总层数达到6层，利用尼龙扎带5分段箍住最外层的先驱丝单层板，其中尼龙扎带使用间距15mm；

(6)沿着最外层先驱丝缠绕层的罗纹粘纸包裹区边界，利用截管器将全部先驱丝缠绕层的两端头切断，依次去除各层先驱丝缠绕层中的粘纸包裹部分，漏出两端的Ti合金内套管管壁6，如图3所示；

(7)将2个Ti合金套管堵头分别套在Ti合金内套管两端，再将上述整体缓慢塞进Ti合金外套管，装塞过程逐步拆除尼龙扎带，其中套管堵头长度等于Ti合金内套管两端漏出外壁区域的长度，套管堵头壁厚为全部先驱丝缠绕层总厚度加0.05mm，如图4所示；

(8)对复合材料管轴件进行高温真空热处理，去除先驱丝粘结剂，再进行电子束密封，最后热等静压成型使内部先驱丝致密化。

去除粘结剂在真空热处理炉中进行，真空加热至500℃，恒温180min即可。热等静压温度为850℃，压力为80MPa，恒温恒压时间为240min。

采用有限元模拟软件Abcus对实施例1中SiC_f/TC17复合材料[45°,-45°]₃的拉伸、及压缩性能进行模拟计算，其模型中共包含六层先驱丝缠绕板，其中各缠绕板中纤维方向与管轴件轴向夹角分别为45°、-45°、45°、-45°、45°、-45°。

对比例1

本例是SiC_f/TC17复合材料[90°]₆管轴件的有限元模型建立，与实施例1不同之处在于：

先驱丝直接缠绕在Ti合金内套管上，SiC纤维轴向与管轴件轴向的夹角为90°，缠绕层数为6层。

对比例2

本例是SiC_f/TC17复合材料[0°]₆管轴件的有限元模型建立，与实施例1不同之处在于：

各层先驱丝缠绕板为长方形，纤维方向与管轴件轴向夹角为0°，即，缠绕角度为0°，缠绕板共六层。

利用有限元模拟结果并结合力学性能测试实验，实施例1中的SiC_f/TC17复合材料[45°,-45°]₃拉伸、压缩性能如表1所示，另外表1中还列举了相同尺寸的SiC_f/TC17复合材料[90°]₆(对比例1)、SiC_f/TC17复合材料[0°]₆(对比例2)、TC17合金的性能模拟或实验结果。

表1

可见，采用本发明方法制备的SiC_f/TC17复合材料[45°,-45°]₃管轴件，其拉伸、压缩性能均高于TC17合金管轴件。与不同缠绕铺层方式复合材料管轴件相比，45°的铺层方式，以牺牲部分轴向拉、压性能为代价，从而显著提高了管轴件的径向拉、压性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的申请范围。

Claims (10)

1.一种SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件，其特征在于：该管轴件的Ti合金管壁中设有变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层，所述变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层包含三层以上的SiC纤维层，SiC纤维层内的SiC纤维轴向与管轴件轴向的夹角介于-90°～90°之间；所述变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层中SiC纤维的体积分数为10％～80％。

2.根据权利要求1所述的SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件，其特征在于：所述SiC纤维层的层内及层间相邻SiC纤维之间被Ti合金隔离。

3.根据权利要求1所述的SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件，其特征在于：每一SiC纤维层内的所有SiC纤维轴向均相同，不同层内的SiC纤维轴向相同或不同。

4.根据权利要求1所述的SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件，其特征在于：所述变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层垂直于管轴件轴向的截面为环形，变角度SiC_f/Ti基复合材料中间层的周围完全被Ti合金包裹。

5.根据权利要求1所述的SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)以连续SiC纤维为基材，Ti合金为靶材，采用磁控溅射技术制备圆度均匀的SiC_f/Ti基复合材料先驱丝；磁控溅射工艺参数为：靶-基距离为10～150mm，溅射功率为200～4000W，溅射时间5～30h；

(2)利用精密绕线机将先驱丝排布成致密的条形单层板，先驱丝间用粘结剂连接，其中先驱丝单层板长度方向与其中的纤维轴向方向一致；

(3)将先驱丝单层板裁剪为平行四边形的缠绕板，并依据所需层数将各缠绕板卷裹在Ti合金内套管上，其中：裁剪缠绕板时，平行四边形缠绕板的一组平行边与纤维轴向一致，缠绕板卷裹Ti合金内套管时，缠绕角度θ为-90°～90°之间，所述缠绕角度θ是该层缠绕板中纤维轴向与所述管轴件轴向的夹角，每层缠绕板的缠绕角度与该层缠绕板的平行四边形的锐角夹角α互为余角；

(4)缠绕板达到所需卷裹层数后，利用尼龙扎带分段箍住最外层的缠绕板，其中尼龙扎带使用间距10mm～20mm；

(5)将全部缠绕层的两端头切断并去除后，漏出Ti合金内管两端的外壁；

(6)将两个Ti合金套管堵头分别套在Ti合金内管两端后，再将整体缓慢塞进Ti合金外套管，装塞过程拆除尼龙扎带，其中套管堵头长度等于Ti合金内管两端漏出外壁区域的长度，套管堵头壁厚为全部先驱丝缠绕层总厚度加0.05～0.1mm；

(7)对步骤(6)所得复合材料管轴件进行高温真空热处理，去除先驱丝之间的粘结剂，再进行电子束密封，最后热等静压成型使内部先驱丝致密化，即得到所述SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件。

6.根据权利要求5所述的SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，将先驱丝排布成单层板的工艺为：精密绕线机转速为15转/分钟～30转/分钟；先驱丝间距为先驱丝直径的80-100％；先驱丝张力控制在1.29×10^-3N·m～2.06×10^-3N·m；所采用的粘结剂是将聚苯乙烯和二甲苯按照1:(5～10)的重量比混合并溶解制得。

7.根据权利要求5所述的SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，将各缠绕板卷裹在Ti合金内套管上的过程为：首层缠绕板紧密地卷裹在Ti合金内套管上，利用罗纹粘纸固定住先驱丝缠绕板的两端；第二层缠绕板再紧密卷裹在首层缠绕板中未被罗纹粘纸覆盖的区域，再利用罗纹粘纸固定该层缠绕板的两端；然后再按同样方式卷裹下一层，直至达到所需层数。

8.根据权利要求7所述的SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件的制备方法，其特征在于：首层缠绕板的规格可由公式(1)计算：

L₁＝L₀/cosθ₁，d₁＝π·D₀·cosθ₁(1)；

公式(1)中：L₀为首层缠绕板卷裹Ti合金内管长度，L₁为与纤维轴向一致的一组平行边长度，d₁为首层缠绕板的宽度，D₀为Ti合金内管外径，θ₁为首层缠绕板中纤维与管轴件轴向的夹角，即首层缠绕板的缠绕角度；

第i层缠绕板的规格可由公式(2)计算：

L_i＝L_i-1/cosθ_i(i＝2,3……n-1,n)，d_i＝π·D_i-1·cosθ_i(i＝2,3……n-1,n)(2)；

公式(2)中：L_i-1为第i层缠绕板卷裹其前一层的长度，L_i为与该层缠绕板中纤维轴向一致的一组平行边长度，d_i为第i层缠绕板的宽度，D_i-1为第i-1层缠绕板外径，θ_i为第i层缠绕板中纤维与管轴件轴向的夹角，即第i层缠绕板的缠绕角度。

9.根据权利要求5所述的SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件的制备方法，其特征在于：步骤(7)中，去除粘结剂在真空热处理炉中进行，真空加热至300～500℃，恒温60～180min。

10.根据权利要求5所述的SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件的制备方法，其特征在于：步骤(7)中，热等静压工艺参数为：温度850～950℃，压力80～180MPa，恒温恒压时间为60～240min。