CN106521368B - 一种纤维增强Ti/Al层状复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种纤维增强Ti/Al层状复合材料及其制备方法，它涉及一种Ti/Al层状复合材料及其制备方法。本发明的目的要解决现有层状复合材料制备工艺复杂和力学性能低的问题。一种纤维增强Ti/Al层状复合材料由层状芯材和包套组成，所述的包套利用钛板或不锈钢板制成；所述的层状芯材由上至下依次为钛层和若干层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为铝层、纤维布层、铝层和钛层。制备方法：以钛箔、铝箔和纤维布为原料，或者以钛箔、含铝粉末和纤维布为原料，制备纤维增强Ti/Al层状复合材料。优点：工艺简单，操作方便；弯曲性能在420MPa～510MPa之间。本发明主要用于制备纤维增强Ti/Al层状复合材料。

Description

一种纤维增强Ti/Al层状复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种Ti/Al层状复合材料及其制备方法。
背景技术
航空航天工业的快速发展，对高温结构材料的性能要求也越来越高，不仅要求耐高温和抗氧化性而且要求很高的比强度和比刚度等。碳纤维增强铝基复合材料，由于它密度小低，导电、导热性好，比模量高、比强度高，高温尺寸稳定性和高温强度好，在以航空航天为代表的众多领域得到普遍的应用。钛及钛合金所具有的低密度、高比强度、耐高温、耐腐蚀、无磁、透声、抗冲击振动等良好的综合性能，为钛及钛合金在各个工业领域开辟了广阔的应用前景。以层状形式将碳纤维增强复合材料与钛合金复合，可使两者的优势得到充分发挥，同时具备密度低、高强度、高弹性等优异性能，特殊的层状结构使得材料具有较强的抵御外力冲击能力。
目前，关于层状材料已进行了广泛的研究，主要包括真空热压法，多道次叠轧法，爆炸合成法等，利用这些制备工艺已经成功制备出了叠层复合材料并取得良好的效果。但是，这些工艺存在过程复杂，工艺控制困难；成本高，应用困难等缺点。另外，目前研究的层状材料以异种板材复合为主，通过板材之间的结合形成复合材料，因此材料的性能有限。
发明内容
本发明的目的要解决现有层状复合材料制备工艺复杂和力学性能低的问题，而提供一种纤维增强Ti/Al层状复合材料及其制备方法。
一种纤维增强Ti/Al层状复合材料由层状芯材和包套组成，所述的包套利用厚度为0.5mm～1mm的钛板或厚度为0.5mm～1mm的不锈钢板制成；所述的层状芯材由上至下依次为钛层和若干层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为铝层、纤维布层、铝层和钛层。
一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、表面清洗：①、将钛箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净钛箔；②、将铝箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用浓度为0.005mol/L～0.01mol/L的NaOH溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净铝箔；
二、表面处理：将纤维布在300～400℃烘烤0.5h～1h，冷却后取出，放入丙酮溶液，以去离子水作为洗涤剂，利用超声波清洗技术清洗2～3次，再进行剪裁，得到干净纤维布；
三、制备预制件：将干净纤维布、干净铝箔和干净钛箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为干净钛箔和若干层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为干净铝箔、干净纤维布、干净铝箔和干净钛箔；
四、包套：用厚度为0.5mm～1mm的钛板或厚度为0.5mm的不锈钢板按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，并密封包套，利用真空泵将包套内抽成真空，至真空度达到1×10-1Pa以下为止，得到带包套叠层材料预制体；
五、将带包套叠层材料预制体放入模具中，覆盖保温棉，开启加热装置加热至550～700℃，开启压力机，闭合模具，在带包套叠层材料预制体的包套上施加10MPa～40MPa的压力，并在温度为550～700℃和压力为10MPa～40MPa下保温保压0.5h～2h，停止加压，并降温，冷却至室温后去除模具，即得到纤维增强Ti/Al层状复合材料；
步骤一①中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，且HF/HNO3混合溶液中HF的浓度为0.1mol/L，HNO3的浓度为0.1mol/L。
一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、表面清洗：将钛箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净钛箔；步骤一中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，且HF/HNO3混合溶液中HF的浓度为0.1mol/L，HNO3的浓度为0.1mol/L；
二、表面处理：将纤维布在300～400℃烘烤0.5h～1h，冷却后取出，放入丙酮溶液，以去离子水作为洗涤剂，利用超声波清洗技术清洗2～3次，再进行剪裁，得到干净纤维布；
三、制备浆料：将含铝粉末分散于质量分数为75％的酒精溶液中，采用超声分散法震荡1min～2min，制成含铝浆料；步骤三中所述的含铝粉末的质量与质量分数为75％的酒精溶液的体积比为50g:(125mL～300mL)；步骤三中所述的含铝粉末为纯铝粉或硅合金粉，其中所述硅合金粉中Si的质量分数为12％；
四、涂覆：将含铝浆料涂覆在干净纤维布上表面和下表面，干净纤维布上表面涂覆厚度为1mm，干净纤维布下表面覆厚度为1mm，得到涂覆铝纤维布；
五、制备预制件：将涂覆铝纤维布和干净钛箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为干净钛箔和若干层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为涂覆铝纤维布和干净钛箔；
六、包套：用厚度为0.5mm的不锈钢板按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，并密封包套，利用真空泵将包套内抽成真空，至真空度达到1×10-1Pa以下为止，得到带包套叠层材料预制体；
七、将带包套叠层材料预制体放入模具中，覆盖保温棉，开启加热装置加热至550～700℃，开启压力机，闭合模具，在带包套叠层材料预制体的包套上施加10MPa～40MPa的压力，并在温度为550～700℃和压力为10MPa～40MPa下保温保压0.5h～2h，停止加压，并降温，冷却至室温后去除模具，即得到纤维增强Ti/Al层状复合材料。
本发明优点：
一、本发明中可以通过调整钛箔与铝箔的厚度以及碳纤维布层数，调整各组元的体积分数，获得不同性能的复合材料。
二、本发明中可通过调整工艺参数来控制Ti与Al的反应程度，调整Ti-Al金属间化合物的含量，优化材料的性能。
三、本发明制备过程中材料放置在真空状态下的包套中，采用常规热成型设备即可成型，无需使用昂贵的真空热压烧结炉，工艺简单，操作方便。
四、本发明为制备的纤维增强Ti/Al层状复合材料，依照GB T232-2010对材料的弯曲性能进行检测，弯曲性能在420-510MPa之间。
附图说明
图1为本发明制备纤维增强Ti/Al层状复合材料的工艺示意图；其中图中1为上压头；2为上保温层；3为叠层材料预制体；4为加热线圈；5为包套；6为模具；7为下保温层；8为下压头；
图2为本发明制备的叠层材料预制体具体结构；
图3为实施例1制备的纤维增强Ti/Al层状复合材料的外观图；
图4为实施例1制备的纤维增强Ti/Al层状复合材料的微观图；
图5为图4的局部放大图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种纤维增强Ti/Al层状复合材料，它由层状芯材和包套组成，所述的包套利用厚度为0.5mm～1mm的钛板或厚度为0.5mm～1mm的不锈钢板制成；所述的层状芯材由上至下依次为钛层和若干层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为铝层、纤维布层、铝层和钛层。
本实施方式利用铝在熔点温度附近具有较好的变形能力与流动性，在压力的作用下浸渗入碳纤维内部，与铝复合形成碳纤维增强的铝基复合材料；同时在压力的作用下，钛箔与铝箔发生固相扩散反应，连接成一个整体。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的纤维布层为T700系列3K双向斜纹碳纤维布、T700系列3K双向平纹碳纤维布、T700系列6K单向碳纤维布、M40J系列6K碳纤维单向编织布、表面镀铜的T700系列3K碳纤维平纹双向布、表面镀镍的T700系列3K碳纤维平纹双向布、表面镀镍的T700系列6K碳纤维单向布、高强碳化硅纤维单向布或高强碳化硅纤维双向布。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：
当T700系列3K双向斜纹碳纤维布作为纤维布层时，相邻叠层单元的纤维布层中纤维轴向呈45°交叉排列；
当T700系列6K单向碳纤维布作为纤维布层时，相邻叠层单元的纤维布层中纤维轴向垂直排列或纤维轴向呈45°交叉排列；
当M40J系列6K碳纤维单向编织布作为纤维布层时，相邻叠层单元的纤维布层中纤维轴向呈45°交叉排列；
当表面镀镍的T700系列6K碳纤维单向布作为纤维布层时，相邻叠层单元的纤维布层中纤维轴向垂直排列；
当高强碳化硅纤维单向布作为纤维布层时，相邻叠层单元的纤维布层中纤维轴向呈45°交叉排列。
其他步骤和参数与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式是一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、表面清洗：①、将钛箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净钛箔；②、将铝箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用浓度为0.005mol/L～0.01mol/L的NaOH溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净铝箔；
二、表面处理：将纤维布在300～400℃烘烤0.5h～1h，冷却后取出，放入丙酮溶液，以去离子水作为洗涤剂，利用超声波清洗技术清洗2～3次，再进行剪裁，得到干净纤维布；
三、制备预制件：将干净纤维布、干净铝箔和干净钛箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为干净钛箔和若干层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为干净铝箔、干净纤维布、干净铝箔和干净钛箔；
四、包套：用厚度为0.5mm～1mm的钛板或厚度为0.5mm的不锈钢板按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，并密封包套，利用真空泵将包套内抽成真空，至真空度达到1×10-1Pa以下为止，得到带包套叠层材料预制体；
五、将带包套叠层材料预制体放入模具中，覆盖保温棉，开启加热装置加热至550～700℃，开启压力机，闭合模具，在带包套叠层材料预制体的包套上施加10MPa～40MPa的压力，并在温度为550～700℃和压力为10MPa～40MPa下保温保压0.5h～2h，停止加压，并降温，冷却至室温后去除模具，即得到纤维增强Ti/Al层状复合材料；
步骤一①中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，且HF/HNO3混合溶液中HF的浓度为0.1mol/L，HNO3的浓度为0.1mol/L。
本实施方式利用铝在熔点温度附近具有较好的变形能力与流动性，在压力的作用下浸渗入碳纤维内部，与铝复合形成碳纤维增强的铝基复合材料；同时在压力的作用下，钛箔与铝箔发生固相扩散反应，连接成一个整体。
本实施方式步骤一中对钛箔和铝箔根据实际情况进行剪裁。
图2为本实施方式制备的叠层材料预制体具体结构，图下部虚线内的方框内所示的部分为叠层单元，将多个叠层单元重复排布，制备叠层材料预制体。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四的不同点是：步骤一①中所述的钛箔为厚度为50μm～200μm的TA1合金箔材、厚度为50μm～200μm的TA2合金箔材、厚度为50μm～200μm的TC4钛合金箔材、厚度为50μm～200μm的TB5钛合金箔材或厚度为50μm～200μm的TB6钛合金箔材；步骤一②中所述的铝层为厚度为100μm～250μm的纯铝箔材、厚度为100μm～250μm的5052铝合金箔材、厚度为100μm～250μm的6061铝合金箔材、厚度为100μm～250μm的7076铝合金箔材或厚度为100μm～250μm的8011铝合金箔材。其他步骤和参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五之一不同点是：步骤二中所述的纤维布为T700系列3K双向斜纹碳纤维布、T700系列3K双向平纹碳纤维布、T700系列6K单向碳纤维布或M40J系列6K碳纤维单向编织布；当T700系列3K双向斜纹碳纤维布作为纤维布时，步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向呈45°交叉排列；当T700系列6K单向碳纤维布作为纤维布时，步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向垂直排列或纤维轴向呈45°交叉排列；当M40J系列6K碳纤维单向编织布作为纤维布时，步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向呈45°交叉排列。其他步骤和参数与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四或五之一不同点是：步骤二中对纤维布进行剪裁，得到干净纤维布；所述的纤维布为表面镀铜的T700系列3K碳纤维平纹双向布、表面镀镍的T700系列3K碳纤维平纹双向布或表面镀镍的T700系列6K碳纤维单向布；当表面镀镍的T700系列6K碳纤维单向布作为纤维布时，步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向垂直排列。其他步骤和参数与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式八：本实施方式是一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、表面清洗：将钛箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净钛箔；步骤一中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，且HF/HNO3混合溶液中HF的浓度为0.1mol/L，HNO3的浓度为0.1mol/L；
二、表面处理：将纤维布在300～400℃烘烤0.5h～1h，冷却后取出，放入丙酮溶液，以去离子水作为洗涤剂，利用超声波清洗技术清洗2～3次，再进行剪裁，得到干净纤维布；
三、制备浆料：将含铝粉末分散于质量分数为75％的酒精溶液中，采用超声分散法震荡1min～2min，制成含铝浆料；步骤三中所述的含铝粉末的质量与质量分数为75％的酒精溶液的体积比为50g:(125mL～300mL)；步骤三中所述的含铝粉末为纯铝粉或硅合金粉，其中所述硅合金粉中Si的质量分数为12％；
四、涂覆：将含铝浆料涂覆在干净纤维布上表面和下表面，干净纤维布上表面涂覆厚度为1mm，干净纤维布下表面覆厚度为1mm，得到涂覆铝纤维布；
五、制备预制件：将涂覆铝纤维布和干净钛箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为干净钛箔和若干层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为涂覆铝纤维布和干净钛箔；
六、包套：用厚度为0.5mm的不锈钢板按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，并密封包套，利用真空泵将包套内抽成真空，至真空度达到1×10-1Pa以下为止，得到带包套叠层材料预制体；
七、将带包套叠层材料预制体放入模具中，覆盖保温棉，开启加热装置加热至550～700℃，开启压力机，闭合模具，在带包套叠层材料预制体的包套上施加10MPa～40MPa的压力，并在温度为550～700℃和压力为10MPa～40MPa下保温保压0.5h～2h，停止加压，并降温，冷却至室温后去除模具，即得到纤维增强Ti/Al层状复合材料。
本实施方式利用铝在熔点温度附近具有较好的变形能力与流动性，在压力的作用下浸渗入碳纤维内部，与铝复合形成碳纤维增强的铝基复合材料；同时在压力的作用下，钛箔与铝箔发生固相扩散反应，连接成一个整体。
本实施方式步骤一中对钛箔根据实际情况进行剪裁。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八的不同点是：步骤二中所述纤维布为高强碳化硅纤维单向布或高强碳化硅纤维双向布。其他步骤和参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：当高强碳化硅纤维单向布作为纤维布时，步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向呈45°交叉排列。其他步骤和参数与具体实施方式九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式八至十之一不同点是：步骤一中所述的钛箔为厚度为50μm～200μm的TA1合金箔材、厚度为50μm～200μm的TA2合金箔材、厚度为50μm～200μm的TC4钛合金箔材、厚度为50μm～200μm的TB5钛合金箔材或厚度为50μm～200μm的TB6钛合金箔材。其他步骤和参数与具体实施方式八至十相同。
采用下述试验验证本发明效果
实施例1：一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、表面清洗：①、将厚度为100μm的TiA1合金箔材进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净钛箔；②、将厚度为250μm的纯Al箔材进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用浓度为0.005mol/L的NaOH溶液清洗，清洗2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净铝箔；
二、表面处理：将纤维布在380℃烘烤40min，冷却后取出，放入丙酮溶液，以去离子水作为洗涤剂，利用超声波清洗技术清洗2次，再进行剪裁，得到干净纤维布；
三、制备预制件：将干净纤维布、干净铝箔和干净钛箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为干净钛箔和五层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为干净铝箔、干净纤维布、干净铝箔和干净钛箔；
四、包套：用厚度为0.5mm的钛板按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，并密封包套，利用真空泵将包套内抽成真空，至真空度达到1×10-1Pa以下为止，得到带包套叠层材料预制体；
五、将带包套叠层材料预制体放入模具中，覆盖保温棉，开启加热装置加热至680℃，开启压力机，闭合模具，在带包套叠层材料预制体的包套上施加40MPa的压力，并在温度为680℃和压力为40MPa下保温保压1h，停止加压，并降温，冷却至室温后去除模具，即得到纤维增强Ti/Al层状复合材料；
步骤一①中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，且HF/HNO3混合溶液中HF的浓度为0.1mol/L，HNO3的浓度为0.1mol/L；
步骤二中所述的纤维布为T700系列3K双向平纹碳纤维布。
图3为实施例1制备的纤维增强Ti/Al层状复合材料的外观图。
图4为实施例1制备的纤维增强Ti/Al层状复合材料的微观图，图5为图4的局部放大图，如图4和5所示，实施例1制备的纤维增强Ti/Al层状复合材料内部层级结构清晰，各部分结合性好，无明显的缺陷；铝合金纤维束内部充分浸渗，无孔隙存在。
为表征实施例1制备的纤维增强Ti/Al层状复合材料的力学性能，依照GB T232-2010对材料的弯曲性能进行检测，弯曲性能为502MPa。
实施例2：本实施例与实施例1的不同点是：步骤二中所述的纤维布为T700系列3K双向斜纹碳纤维布作为纤维布；步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向呈45°交叉排列。其他步骤和参数与实施例1相同。
实施例3：本实施例与实施例1的不同点是：步骤二中所述的纤维布T700系列6K单向碳纤维布作为纤维布，步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向垂直排列。其他步骤和参数与实施例1相同。
实施例4：本实施例与实施例1的不同点是：步骤二中所述的纤维布T700系列6K单向碳纤维布作为纤维布，步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向呈45°交叉排列。其他步骤和参数与实施例1相同。
实施例5：本实施例与实施例1的不同点是：步骤四中用厚度为0.5mm的不锈钢板按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套。其他步骤和参数与实施例1相同。
实施例6：一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、表面清洗：①、将厚度为100μm的TC4合金箔材进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗1min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净钛箔；②、将厚度为200μm的8011铝合金箔材进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用浓度为0.01mol/L的NaOH溶液清洗，清洗1min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净铝箔；
二、表面处理：将M40J系列6K碳纤维单向编织布在350℃烘烤60min，冷却后取出，放入丙酮溶液，以去离子水作为洗涤剂，利用超声波清洗技术清洗2次，再进行剪裁，得到干净纤维布；
三、制备预制件：将干净纤维布、干净铝箔和干净钛箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为干净钛箔和十层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为干净铝箔、干净纤维布、干净铝箔和干净钛箔，且相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向呈45°交叉排列；
四、包套：用厚度为0.5mm的钛板按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，并密封包套，利用真空泵将包套内抽成真空，至真空度达到1×10-1Pa以下为止，得到带包套叠层材料预制体；
五、将带包套叠层材料预制体放入模具中，覆盖保温棉，开启加热装置加热至680℃，开启压力机，闭合模具，在带包套叠层材料预制体的包套上施加30MPa的压力，并在温度为680℃和压力为30MPa下保温保压1h，停止加压，并降温，冷却至室温后去除模具，即得到纤维增强Ti/Al层状复合材料；
步骤一①中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，且HF/HNO3混合溶液中HF的浓度为0.1mol/L，HNO3的浓度为0.1mol/L。
实施例7：本实施例与实施例6的不同点是：步骤五中将带包套叠层材料预制体放入模具中，覆盖保温棉，开启加热装置加热至630℃，开启压力机，闭合模具，在带包套叠层材料预制体的包套上施加40MPa的压力，并在温度为630℃和压力为40MPa下保温保压1h，停止加压，并降温，冷却至室温后去除模具，即得到纤维增强Ti/Al层状复合材料。其他步骤和参数与实施例6相同。
实施例8：本实施例与实施例6的不同点是：步骤五中将带包套叠层材料预制体放入模具中，覆盖保温棉，开启加热装置加热至660℃，开启压力机，闭合模具，在带包套叠层材料预制体的包套上施加20MPa的压力，并在温度为660℃和压力为20MPa下保温保压1h，停止加压，并降温，冷却至室温后去除模具，即得到纤维增强Ti/Al层状复合材料。其他步骤和参数与实施例6相同。
实施例9：一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、表面清洗：①、将厚度为100μm的TB5合金箔材进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗1min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净钛箔；②、将厚度为250μm的5052铝合金箔材进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用浓度为0.01mol/L的NaOH溶液清洗，清洗1min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净铝箔；
二、表面处理：对纤维布进行剪裁，得到干净纤维布；
三、制备预制件：将干净纤维布、干净铝箔和干净钛箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为干净钛箔和十层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为干净铝箔、干净纤维布、干净铝箔和干净钛箔；
四、包套：用厚度为0.5mm的不锈钢板按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，并密封包套，利用真空泵将包套内抽成真空，至真空度达到1×10-1Pa以下为止，得到带包套叠层材料预制体；
五、将带包套叠层材料预制体放入模具中，覆盖保温棉，开启加热装置加热至680℃，开启压力机，闭合模具，在带包套叠层材料预制体的包套上施加20MPa的压力，并在温度为680℃和压力为20MPa下保温保压1h，停止加压，并降温，冷却至室温后去除模具，即得到纤维增强Ti/Al层状复合材料；
步骤一①中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，且HF/HNO3混合溶液中HF的浓度为0.1mol/L，HNO3的浓度为0.1mol/L。
步骤二中所述纤维布为表面镀铜的T700系列3K碳纤维平纹双向布。
实施例10：本实施例与实施例9的不同点是：步骤二中所述纤维布为表面镀镍的T700系列3K碳纤维平纹双向布。其他步骤和参数与实施例9相同。
实施例11：本实施例与实施例9的不同点是：步骤二中所述纤维布为表面镀镍的T700系列6K碳纤维单向布；步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向垂直排列。其他步骤和参数与实施例9相同。
实施例12：一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、表面清洗：将厚度为100μm的TC4合金箔材进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗1min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净钛箔；步骤一中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，且HF/HNO3混合溶液中HF的浓度为0.1mol/L，HNO3的浓度为0.1mol/L；
二、表面处理：将纤维布在300℃烘烤30min，冷却后取出，放入丙酮溶液，以去离子水作为洗涤剂，利用超声波清洗技术清洗2次，再进行剪裁，得到干净纤维布；
三、制备浆料：将100g铝合金粉末分散于250mL质量分数为75％的酒精溶液中，采用超声分散法震荡2min，制成含铝浆料；
四、涂覆：将含铝浆料涂覆在干净纤维布上表面和下表面，干净纤维布上表面涂覆厚度为1mm，干净纤维布下表面覆厚度为1mm，得到涂覆铝纤维布；
五、制备预制件：将涂覆铝纤维布和干净钛箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为干净钛箔和若干层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为涂覆铝纤维布和干净钛箔，且相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向呈45°交叉排列；
六、包套：用厚度为0.5mm的不锈钢板按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，并密封包套，利用真空泵将包套内抽成真空，至真空度达到1×10-1Pa以下为止，得到带包套叠层材料预制体；
七、将带包套叠层材料预制体放入模具中，覆盖保温棉，开启加热装置加热至680℃，开启压力机，闭合模具，在带包套叠层材料预制体的包套上施加20MPa的压力，并在温度为680℃和压力为20MPa下保温保压1h，停止加压，并降温，冷却至室温后去除模具，即得到纤维增强Ti/Al层状复合材料。
步骤二中所述的纤维布为高强碳化硅纤维单向布。
实施例13：本实施例与实施例12的不同点是：步骤二中所述的纤维布为高强碳化硅纤维双向布；五、制备预制件：将涂覆铝纤维布和干净钛箔交替叠放，得到叠层材料预制体；所述叠层材料预制体由上至下依次为干净钛箔和若干层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为涂覆铝纤维布和干净钛箔。其他步骤和参数与实施例12相同。

Claims (5)

1.一种纤维增强Ti/Al层状复合材料，其特征在于纤维增强Ti/Al层状复合材料由层状芯材和包套组成，所述的包套利用厚度为0.5mm～1mm的钛板或厚度为0.5mm～1mm的不锈钢板制成；所述的层状芯材由上至下依次为钛层和若干层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为铝层、纤维布层、铝层和钛层；
所述的纤维布层为T700系列3K双向斜纹碳纤维布、T700系列3K双向平纹碳纤维布、T700系列6K单向碳纤维布、M40J系列6K碳纤维单向编织布、表面镀铜的T700系列3K碳纤维平纹双向布、表面镀镍的T700系列3K碳纤维平纹双向布、表面镀镍的T700系列6K碳纤维单向布、高强碳化硅纤维单向布或高强碳化硅纤维双向布；
当T700系列3K双向斜纹碳纤维布作为纤维布层时，相邻叠层单元的纤维布层中纤维轴向呈45°交叉排列；
当T700系列6K单向碳纤维布作为纤维布层时，相邻叠层单元的纤维布层中纤维轴向垂直排列或纤维轴向呈45°交叉排列；
当M40J系列6K碳纤维单向编织布作为纤维布层时，相邻叠层单元的纤维布层中纤维轴向呈45°交叉排列；
当表面镀镍的T700系列6K碳纤维单向布作为纤维布层时，相邻叠层单元的纤维布层中纤维轴向垂直排列；
当高强碳化硅纤维单向布作为纤维布层时，相邻叠层单元的纤维布层中纤维轴向呈45°交叉排列。
2.如权利要求1所述的一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：
一、表面清洗：①、将钛箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净钛箔；②、将铝箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用浓度为0.005mol/L～0.01mol/L的NaOH溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净铝箔；
二、表面处理：将纤维布在300～400℃烘烤0.5h～1h，冷却后取出，放入丙酮溶液，以去离子水作为洗涤剂，利用超声波清洗技术清洗2～3次，再进行剪裁，得到干净纤维布；所述的纤维布为T700系列3K双向斜纹碳纤维布、T700系列3K双向平纹碳纤维布、T700系列6K单向碳纤维布或M40J系列6K碳纤维单向编织布；当T700系列3K双向斜纹碳纤维布作为纤维布时，步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向呈45°交叉排列；当T700系列6K单向碳纤维布作为纤维布时，步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向垂直排列或纤维轴向呈45°交叉排列；当M40J系列6K碳纤维单向编织布作为纤维布时，步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向呈45°交叉排列；
或对纤维布进行剪裁，得到干净纤维布；所述的纤维布为表面镀铜的T700系列3K碳纤维平纹双向布、表面镀镍的T700系列3K碳纤维平纹双向布或表面镀镍的T700系列6K碳纤维单向布；当表面镀镍的T700系列6K碳纤维单向布作为纤维布时，步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向垂直排列；
三、制备预制件：将干净纤维布、干净铝箔和干净钛箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为干净钛箔和若干层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为干净铝箔、干净纤维布、干净铝箔和干净钛箔；
四、包套：用厚度为0.5mm～1mm的钛板或厚度为0.5mm的不锈钢板按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，并密封包套，利用真空泵将包套内抽成真空，至真空度达到1×10-1Pa以下为止，得到带包套叠层材料预制体；
五、将带包套叠层材料预制体放入模具中，覆盖保温棉，开启加热装置加热至550～700℃，开启压力机，闭合模具，在带包套叠层材料预制体的包套上施加10MPa～40MPa的压力，并在温度为550～700℃和压力为10MPa～40MPa下保温保压0.5h～2h，停止加压，并降温，冷却至室温后去除模具，即得到纤维增强Ti/Al层状复合材料；
步骤一①中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，且HF/HNO3混合溶液中HF的浓度为0.1mol/L，HNO3的浓度为0.1mol/L。
3.根据权利要求2所述的一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法，其特征在于步骤一①中所述的钛箔为厚度为50μm～200μm的TA1合金箔材、厚度为50μm～200μm的TA2合金箔材、厚度为50μm～200μm的TC4钛合金箔材、厚度为50μm～200μm的TB5钛合金箔材或厚度为50μm～200μm的TB6钛合金箔材；步骤一②中所述的铝层为厚度为100μm～250μm的纯铝箔材、厚度为100μm～250μm的5052铝合金箔材、厚度为100μm～250μm的6061铝合金箔材、厚度为100μm～250μm的7076铝合金箔材或厚度为100μm～250μm的8011铝合金箔材。
4.如权利要求1所述的一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：
一、表面清洗：将钛箔进行剪裁，再经砂纸打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO3混合溶液清洗，清洗1min～2min后利用去离子水冲洗，烘干后采用超声波清洗技术清洗，先以去离子水作为洗涤剂超声波清洗，再以无水乙醇作为洗涤剂超声波清洗，取出烘干后，得到干净钛箔；步骤一中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成，且HF/HNO3混合溶液中HF的浓度为0.1mol/L，HNO3的浓度为0.1mol/L；
二、表面处理：将纤维布在300～400℃烘烤0.5h～1h，冷却后取出，放入丙酮溶液，以去离子水作为洗涤剂，利用超声波清洗技术清洗2～3次，再进行剪裁，得到干净纤维布；所述纤维布为高强碳化硅纤维单向布或高强碳化硅纤维双向布；当高强碳化硅纤维单向布作为纤维布时，步骤三中相邻叠层单元的干净纤维布中纤维轴向呈45°交叉排列；
三、制备浆料：将含铝粉末分散于质量分数为75％的酒精溶液中，采用超声分散法震荡1min～2min，制成含铝浆料；步骤三中所述的含铝粉末的质量与质量分数为75％的酒精溶液的体积比为50g:(125mL～300mL)；步骤三中所述的含铝粉末为纯铝粉或硅合金粉，其中所述硅合金粉中Si的质量分数为12％；
四、涂覆：将含铝浆料涂覆在干净纤维布上表面和下表面，干净纤维布上表面涂覆厚度为1mm，干净纤维布下表面覆厚度为1mm，得到涂覆铝纤维布；
五、制备预制件：将涂覆铝纤维布和干净钛箔交替叠放，得到叠层材料预制体；
所述叠层材料预制体由上至下依次为干净钛箔和若干层重复的叠层单元，且所述的叠层单元由上至下依次为涂覆铝纤维布和干净钛箔；
六、包套：用厚度为0.5mm的不锈钢板按照叠层材料预制体的外形、尺寸焊制包套，然后将叠层材料预制体放入包套中，并密封包套，利用真空泵将包套内抽成真空，至真空度达到1×10-1Pa以下为止，得到带包套叠层材料预制体；
七、将带包套叠层材料预制体放入模具中，覆盖保温棉，开启加热装置加热至550～700℃，开启压力机，闭合模具，在带包套叠层材料预制体的包套上施加10MPa～40MPa的压力，并在温度为550～700℃和压力为10MPa～40MPa下保温保压0.5h～2h，停止加压，并降温，冷却至室温后去除模具，即得到纤维增强Ti/Al层状复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种纤维增强Ti/Al层状复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的钛箔为厚度为50μm～200μm的TA1合金箔材、厚度为50μm～200μm的TA2合金箔材、厚度为50μm～200μm的TC4钛合金箔材、厚度为50μm～200μm的TB5钛合金箔材或厚度为50μm～200μm的TB6钛合金箔材。
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